High performance thermoelectrics from earth-abundant materials: Enhanced figure of merit in PbS by second phase nanostructures

Journal of the American Chemical Society

Volumn 133, Issue 50, 2011, Pages 20476-20487

  Zhao, Li Dong ^a   Lo, Shih Han ^b   He, Jiaqing ^a,b   Li, Hao ^a   Biswas, Kanishka ^a   Androulakis, John ^a   Wu, Chun I ^c   Hogan, Timothy P ^c   Chung, Duck Young ^d   Dravid, Vinayak P ^b   Kanatzidis, Mercouri G ^a,d  

^a NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

^b Northwestern University   (United States)

^c Michigan State University   (United States)

^d ARGONNE NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DISPERSION PHASE; EARTH-ABUNDANT MATERIALS; ELECTRON DONORS; LATTICE THERMAL CONDUCTIVITY; LEAD SULFIDE; MATRIX; NANO SCALE; NANO-STRUCTURING; NATURAL ABUNDANCE; PBTE; POWER FACTORS; SECOND PHASE; SELECTED METALS; THERMOELECTRIC MATERIAL; THERMOELECTRIC PROPERTIES; THERMOELECTRICS;

ANTIMONY; BISMUTH; CRYSTAL LATTICES; DOPING (ADDITIVES); ELECTRIC POWER FACTOR; LEAD COMPOUNDS; SPARK PLASMA SINTERING; THERMOELECTRIC EQUIPMENT; THERMOELECTRICITY; TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY;

THERMAL CONDUCTIVITY;

ANTIMONY DERIVATIVE; BISMUTH DERIVATIVE; CALCIUM DERIVATIVE; LEAD CHLORIDE; LEAD SULFIDE; NANOMATERIAL; STRONTIUM; SULFIDE;

ARTICLE; DISPERSION; ELECTRON; NANOANALYSIS; PHONON; THERMAL CONDUCTIVITY; TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY;

EID: 83755181347     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja208658w     Document Type: Article

References (57)

1. Kanatzidis, M. G. Chem. Mater. 2010, 22, 648
2. Sootsman, J. R.; Chung, D.-Y.; Kanatzidis, M. G. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 8616
3. Kanatzidis, M. G. Semicond. Semimetals 2001, 69, 51
4. Li, J.-F.; Liu, W. S.; Zhao, L.-D.; Zhou, M. NPG Asia Mater. 2010, 2, 152
5. Snyder, J. G.; Toberer, E. S. Nat. Mater. 2008, 7, 105
6. Chen, G.; Dresselhaus, M. S.; Dresselhaus, G.; Fleurial, J.-P.; Caillat, T. Int. Mater. Rev. 2003, 48, 45
7. Dresselhuas, M. S.; Chen, G.; Tang, M.; Yang, R.; Lee, H.; Wang, D.; Ren, Z.; Fleurial, J.; Gogna, P. Adv. Mater. 2007, 19, 1043
8. Poudel, B.; Hao, Q.; Ma, Y.; Lan, Y.; Minnich, A.; Yu, B.; Yan, X.; Wang, D.; Muto, A.; Vashaee, D.; Chen, X.; Liu, J.; Dresselhaus, M. S.; Chen, G.; Ren, Z. F. Science 2008, 320, 634
9. Hsu, K. F.; Loo, S.; Guo, F.; Chen, W.; Dyck, J. S.; Uher, C.; Hogan, T.; Polychroniadis, E. K.; Kanatzidis, M. G. Science 2004, 303, 818
10. Heremans, J. P.; Jovovic, V.; Toberer, E. S.; Saramat, A.; Kurosaki, K.; Charoenphakdee, A.; Yamanaka, S.; Snyder, G. J. Science 2008, 321, 554
11. Cook, B. A.; Kramer, M. J.; Wei, X.; Harringa, J. L.; Levin, E. M. J. Appl. Phys. 2007, 101, 053715
12. Pei, Y. Z.; Shi, X. Y.; LaLonde, A.; Wang, H.; Chen, L. D.; Snyder, G. J. Nature 2011, 473, 66
13. Androulakis, J.; Hsu, K.-F.; Pcionek, R.; Kong, H.; Uher, C.; D'Angelo, J. J.; Downey, A.; Hogan, T.; Kanatzidis, M. G. Adv. Mater. 2006, 18, 1170
14. Ahn, K.; Han, M. K.; He, J. Q.; Androulakis, J.; Ballikaya, S.; Uher, C.; Dravid, V. P.; Kanatzidis, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 5227
15. Gueguen, A.; Poudeu, P. F. P.; Li, C. P.; Moses, S.; Uher, C.; He, J. Q.; Dravid, V.; Paraskevopoulos, K. A.; Kanatzidis, M. G. Chem. Mater. 2009, 21, 1683
16. Han, M. K.; Hoang, K.; Kong, H. J.; Pcionek, R.; Uher, C.; Paraskevopoulos, K. M.; Mahanti, S. D.; Kanatzidis, M. G. Chem. Mater. 2008, 20, 3512
17. Poudeu, P. F. P.; D'Angelo, J. J.; Downey, A. D.; Short, J. L.; Hogan, T. P.; Kanatzidis, M. G. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 3835
18. Androulakis, J.; Lin, C.-H.; Kong, H.-J.; Uher, C.; Wu, C.-I.; Hogan, T.; Cook, B. A.; Caillat, T.; Paraskevopoulos, K. M.; Kanatzidis, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 9780
19. Ahn, K.; Li, C. P.; Uher, C.; Kanatzidis, M. G. Chem. Mater. 2009, 21, 1361
20. Poudeu, P. F. P.; Gueguen, A.; Wu, C. I.; Hogan, T.; Kanatzidis, M. G. Chem. Mater. 2010, 22, 1046
21. He, J. Q.; Sootsman, J. R.; Girard, S. N.; Zheng, J. C.; Wen, J. G.; Zhu, Y. M.; Kanatzidis, M. G.; Dravid, V. P. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 8669
22. Biswas, K.; He, J. Q.; Zhang, Q. C.; Wang, G. Y.; Uher, C.; Dravid, V. P.; Kanatzidis, M. G. Nat. Chem. 2011, 3, 160
23. Androulakis, J.; Todorov, I.; Chung, D.-Y.; Ballikaya, S.; Wang, G. Y.; Uher, C.; Kanatzidis, M. G. Phys. Rev. B 2010, 82, 115209
24. Androulakis, J.; Todorov, I.; He, J. Q.; Chung, D.-Y.; Dravid, V. P.; Kanatzids, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10920
25. Androulakis, J.; Yeseul, L.; Todorov, I.; Chung, D.-Y.; Kanatzids, M. G. Phys. Rev. B 2011, 83, 195209
26. Wang, H.; Pei, Y. Z.; Lalonde, A. D.; Snyder, G. J. Adv. Mater. 2011, 23, 1366
27. Johnsen, S.; He, J. Q.; Androulakis, J.; Dravid, V. P.; Todorov, I.; Chung, D.-Y.; Kanatzidis, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 3460
28. Maltsev, Y. V.; Nensberg, E. D.; Petrov, A. V.; Semiletov, S. A.; Ukhanov, Y. I. Phys. Solid State 1967, 8, 1713
29. Wright, D. A. Metall. Rev. 1970, 15, 147
30. Wood, C. Rep. Prog. Phys. 1988, 51, 459
31. Popovich, N. S. Czech. J. Phys. 2005, 55, 739
32. Sootsman, J. R.; Pcionek, R. J.; Kong, H. J.; Uher, C.; Kanatzidis, M. G. Chem. Mater. 2006, 18, 4993
33. He, J. Q.; Sootsman, J. R.; Girard, S. N.; Zheng, J. C.; Wen, J. G.; Zhu, Y. M.; Kanatzidis, M. G.; Dravid, V. P. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 8669
34. Zhao, L.-D.; Zhang, B. P.; Li, J.-F.; Zhou, M.; Liu, W.-S.; Liu, J. J. Alloys Compd. 2008, 455, 259
35. Zhao, X. Y.; Shi, X.; Chen, L. D.; Zhang, W. Q.; Bai, S. Q.; Pei, Y. Z.; Li, X. Y.; Goto, T. J. Appl. Phys. 2006, 89, 092121
36. Sootsman, J. R.; Kong, H. J.; Uher, C.; D'Angelo, J. J.; Wu, C. T.; Hogan, T. P.; Caillat, T.; Kanatzidis, M. G. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 8618
37. He, J. Q.; Sootsman, J. R.; Xu, L. Q.; Girard, S. N.; Zheng, J. C.; Kanatzidis, M. G.; Dravid, V. P. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8786-8789
38. Li, H.; Tang, X. F.; Su, X. L.; Zhang, Q. J. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 202114
39. Kim, W.; Zide, J.; Gossard, A.; Klenov, D.; Stemmer, S.; Shakouri, A.; Majumdar, A. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 045901
40. Poudeu, P. F. P.; D'Angelo, J. J.; Kong, H.; Downey, A.; Short, J. L.; Pcionek, R.; Hogan, T. P.; Uher, C.; Kanatzidis, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 14347
41. Bilc, D.; Mahanti, S. D.; Quarez, E.; Hsu, K. F.; Pcionek, R.; Kanatzidis, M. G. Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 146403
42. He, J. Q.; Steven, N. G.; Kanatzidis, M. G.; Vinayak, P. D. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 764
43. Garvin, P. F. Neues Jahrb. Mineral., Abh. 1973, 118, 235
44. Blachnik, R.; Igel, R. Z. Naturforsch., B 1974, 29, 625
45. Fitsul, V. I. Heavily Doped Semiconductors; Plenum Press: New York, 1969.
46. Kumar, G. S.; Prasad, G.; Pohl, R. O. J. Mater. Sci. 1993, 8, 4261
47. Liu, W.-S.; Zhang, Q.; Lan, Y.; Chen, S.; Yan, X.; Zhang, Q.; Wang, H.; Wang, D.; Chen, G.; Ren, Z. F. Adv. Energy Mater. 2011, 1, 577
48. Zhao, L.-D.; Zhang, B. P.; Liu, W.-S.; Li, J.-F. J. Appl. Phys. 2009, 105, 023704
49. Zhou, M.; Li, J.-F.; Kita, T. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 4527
50. Ravich, I. I.; Efimova, B. A.; Smirnov, I. A. Semiconducting Lead Chalcogenides; Plenum Press: New York, 1970.
51. Hoang, K.; Mahanti, S. D.; Kanatzidis, M. G. Phys. Rev. B 2010, 81, 115106
52. Smirnov, I. A.; Moizhes, B. Y.; Nensberg, E. D. Phys. Solid State 1961, 2, 1793
53. Goldsmid, H. J. Introduction to Thermoelectricity; Springer Series in Materials Science; Springer: Heidelberg, 2010.
54. Bozin, E.; Malliakas, C. D.; Souvatzis, P.; Proffen, T.; Spaldin, N. A.; Kanatzidis, M. G.; Billinge, S. J. L. Science 2010, 330, 1660
55. Liu, W.-S.; Zhang, B. P.; Li, J.-F.; Zhang, H. L.; Zhao, L.-D. J. Appl. Phys. 2007, 102, 103717
56. Toprak, S. M.; Stiewe, C.; Platzek, D.; Williams, S.; Bertini, L.; Muller, E.; Gatti, C.; Zhang, Y.; Rowe, M.; Muhammed, M. Adv. Funct. Mater. 2004, 14, 1189
57. Koh, Y. K.; Vineis, C. J.; Calawa, S. D.; Walsh, M. P.; Cahill, D. G. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 153101