Healthy Research Rewards
ResearchHub is incentivizing healthy research behavior. At this time, first authors of open access papers are eligible for rewards. Visit the publications tab to view your eligible publications.
Got it
TC
Thomas Chasapis
Author with expertise in Thermoelectric Materials
Achievements
Cited Author
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
5
(40% Open Access)
Cited by:
2,706
h-index:
18
/
i10-index:
21
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

The Thermoelectric Properties of Bismuth Telluride

Ian Witting et al.Apr 5, 2019
Abstract Bismuth telluride is the working material for most Peltier cooling devices and thermoelectric generators. This is because Bi 2 Te 3 (or more precisely its alloys with Sb 2 Te 3 for p‐type and Bi 2 Se 3 for n‐type material) has the highest thermoelectric figure of merit, zT , of any material around room temperature. Since thermoelectric technology will be greatly enhanced by improving Bi 2 Te 3 or finding a superior material, this review aims to identify and quantify the key material properties that make Bi 2 Te 3 such a good thermoelectric. The large zT can be traced to the high band degeneracy, low effective mass, high carrier mobility, and relatively low lattice thermal conductivity, which all contribute to its remarkably high thermoelectric quality factor. Using literature data augmented with newer results, these material parameters are quantified, giving clear insight into the tailoring of the electronic band structure of Bi 2 Te 3 by alloying, or reducing thermal conductivity by nanostructuring. For example, this analysis clearly shows that the minority carrier excitation across the small bandgap significantly limits the thermoelectric performance of Bi 2 Te 3 , even at room temperature, showing that larger bandgap alloys are needed for higher temperature operation. Such effective material parameters can also be used for benchmarking future improvements in Bi 2 Te 3 or new replacement materials.
0

n-Type Bi2Te3–xSex Nanoplates with Enhanced Thermoelectric Efficiency Driven by Wide-Frequency Phonon Scatterings and Synergistic Carrier Scatterings

Min Hong et al.Apr 9, 2016
Driven by the prospective applications of thermoelectric materials, massive efforts have been dedicated to enhancing the conversion efficiency. The latter is governed by the figure of merit (ZT), which is proportional to the power factor (S2σ) and inversely proportional to the thermal conductivity (κ). Here, we demonstrate the synthesis of high-quality ternary Bi2Te3–xSex nanoplates using a microwave-assisted surfactant-free solvothermal method. The obtained n-type Bi2Te2.7Se0.3 nanostructures exhibit a high ZT of 1.23 at 480 K measured from the corresponding sintered pellets, in which a remarkably low κ and a shift of peak S2σ to high temperature are observed. By detailed electron microscopy investigations, coupled with theoretical analysis on phonon transports, we propose that the achieved κ reduction is attributed to the strong wide-frequency phonon scatterings. The shifting of peak S2σ to high temperature is due to the weakened temperature dependent transport properties governed by the synergistic carrier scatterings and the suppressed bipolar effects by enlarging the band gap.
0

High ZT in p-Type (PbTe)1–2x(PbSe)x(PbS)x Thermoelectric Materials

Rachel Korkosz et al.Feb 17, 2014
Lead chalcogenide thermoelectric systems have been shown to reach record high figure of merit values via modification of the band structure to increase the power factor or via nanostructuring to reduce the thermal conductivity. Recently, (PbTe)1-x(PbSe)x was reported to reach high power factors via a delayed onset of interband crossing. Conversely, the (PbTe)1-x(PbS)x was reported to achieve low thermal conductivities arising from extensive nanostructuring. Here we report the thermoelectric properties of the pseudoternary 2% Na-doped (PbTe)1-2x(PbSe)x(PbS)x system. The (PbTe)1-2x(PbSe)x(PbS)x system is an excellent platform to study phase competition between entropically driven atomic mixing (solid solution behavior) and enthalpy-driven phase separation. We observe that the thermoelectric properties of the PbTe-PbSe-PbS 2% Na doped are superior to those of 2% Na-doped PbTe-PbSe and PbTe-PbS, respectively, achieving a ZT ≈2.0 at 800 K. The material exhibits an increased the power factor by virtue of valence band modification combined with a very reduced lattice thermal conductivity deriving from alloy scattering and point defects. The presence of sulfide ions in the rock-salt structure alters the band structure and creates a plateau in the electrical conductivity and thermopower from 600 to 800 K giving a power factor of 27 μW/cmK(2). The very low total thermal conductivity values of 1.1 W/m·K of the x = 0.07 composition is accounted for essentially by phonon scattering from solid solution defects rather than the assistance of endotaxial nanostructures.
0

Unique Role of Refractory Ta Alloying in Enhancing the Figure of Merit of NbFeSb Thermoelectric Materials

Junjie Yu et al.Sep 7, 2017
Abstract NbFeSb‐based half‐Heusler alloys have been recently identified as promising high‐temperature thermoelectric materials with a figure of merit zT > 1, but their thermal conductivity is still relatively high. Alloying Ta at the Nb site would be highly desirable because the large mass fluctuation between them could effectively scatter phonons and reduce the lattice thermal conductivity. However, practically it is a great challenge due to the high melting point of refractory Ta. Here, the successful synthesis of Ta‐alloyed (Nb 1− x Ta x ) 0.8 Ti 0.2 FeSb ( x = 0 – 0.4) solid solutions with significantly reduced thermal conductivity by levitation melting is reported. Because of the similar atomic sizes and chemistry of Nb and Ta, the solid solutions exhibit almost unaltered electrical properties. As a result, an overall zT enhancement from 300 to 1200 K is realized in the single‐phase Ta‐alloyed solid solutions, and the compounds with x = 0.36 and 0.4 reach a maximum zT of 1.6 at 1200 K. This work also highlights that the isoelectronic substitution by atoms with similar size and chemical nature but large mass difference should reduce the lattice thermal conductivity but maintain good electrical properties in thermoelectric materials, which can be a guide for optimizing the figure of merit by alloying.