The criteria for beneficial disorder in thermoelectric solid solutions

Advanced Functional Materials

Volumn 23, Issue 12, 2013, Pages 1586-1596

  Wang, Heng ^a   Lalonde, Aaron D ^a   Pei, Yanzhong ^a,b   Snyder, G Jeffery ^a  

^a California Institute of Technology   (United States)

^b TONGJI UNIVERSITY   (China)

Author keywords

alloys; figure of merit; solid solutions; thermoelectrics

Indexed keywords

DEFORMATION POTENTIAL; EFFECTIVE APPROACHES; FIGURE OF MERITS; LATTICE THERMAL CONDUCTIVITY; PARAMETERS CHARACTERIZING; QUANTITATIVE MODELING; THERMOELECTRIC PERFORMANCE; THERMOELECTRICS;

ALLOYS; CERIUM ALLOYS; CRYSTAL LATTICES; THERMOELECTRICITY; TRANSPORT PROPERTIES;

SOLID SOLUTIONS;

EID: 84875126462     PISSN: 1616301X     EISSN: 16163028     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adfm.201201576     Document Type: Article

References (111)

1. L. E. Bell, Science 2008, 321, 1457.
2. a) G. J. Snyder, E. S. Toberer, Nat. Mater. 2008, 7, 105
3. b) A. J. Minnich, M. S. Dresselhaus, Z. F. Ren, G. Chen, Energy Environ. Sci. 2009, 2, 466
4. c) J. R. Sootsman, D. Y. Chung, M. G. Kanatzidis, Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 8616
5. d) M. Zebarjadi, K. Esfarjani, M. S. Dresselhaus, Z. F. Ren, G. Chen, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5147.
6. M. G. Kanatzidis, Chem. Mater. 2010, 22, 648.
7. a) S. N. Girard, J. Q. He, X. Y. Zhou, D. Shoemaker, C. M. Jaworski, C. Uher, V. P. Dravid, J. P. Heremans, M. G. Kanatzidis, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 16588
8. b) Y. Pei, J. Lensch-Falk, E. S. Toberer, D. L. Medlin, G. J. Snyder, Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 241
9. c) K. Ahn, M. K. Han, J. Q. He, J. Androulakis, S. Ballikaya, C. Uher, V. P. Dravid, M. G. Kanatzidis, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 5227
10. d) Y. Z. Pei, N. A. Heinz, A. LaLonde, G. J. Snyder, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3640.
11. a) J. P. Heremans, V. Jovovic, E. S. Toberer, A. Saramat, K. Kurosaki, A. Charoenphakdee, S. Yamanaka, G. J. Snyder, Science 2008, 321, 554
12. b) J. P. Heremans, B. Wiendlocha, A. M. Chamoire, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5510
13. c) C. M. Jaworski, B. Wiendlocha, V. Jovovic, J. P. Heremans, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 4155.
14. Y. Pei, A. LaLonde, S. Iwanaga, G. J. Snyder, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2085.
15. A. D. LaLonde, Y. Pei, G. J. Snyder, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2090.
16. H. Wang, Y. Pei, A. D. Lalonde, G. J. Snyder, Adv. Mater. 2011, 23, 1366.
17. H. Wang, Y. Pei, A. D. LaLonde, G. J. Snyder, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2012, 109, 9705.
18. a) J. Androulakis, I. Todorov, J. He, D. Y. Chung, V. Dravid, M. Kanatzidis, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10920
19. b) Q. Zhang, H. Wang, W. Liu, H. Wang, B. Yu, Q. Zhang, Z. Tian, G. Ni, S. Lee, K. Esfarjani, G. Chen, Z. Ren, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5246.
20. Y. Pei, X. Shi, A. LaLonde, H. Wang, L. Chen, G. J. Snyder, Nature 2011, 473, 66.
21. A. Eucken, G. Kuhn, Z. Phys. Chem., Stoechiom. Verwandtschaftsl. 1928, 134, 193.
22. a) M. N. Tripathi, C. M. Bhandari, J. Phys.-Condes. Matter 2003, 15, 5359
23. b) G. Joshi, H. Lee, Y. C. Lan, X. W. Wang, G. H. Zhu, D. Z. Wang, R. W. Gould, D. C. Cuff, M. Y. Tang, M. S. Dresselhaus, G. Chen, Z. F. Ren, Nano Lett. 2008, 8, 4670
24. c) X. W. Wang, H. Lee, Y. C. Lan, G. H. Zhu, G. Joshi, D. Z. Wang, J. Yang, A. J. Muto, M. Y. Tang, J. Klatsky, S. Song, M. S. Dresselhaus, G. Chen, Z. F. Ren, Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 193121
25. d) A. J. Minnich, H. Lee, X. W. Wang, G. Joshi, M. S. Dresselhaus, Z. F. Ren, G. Chen, D. Vashaee, Phys. Rev. B 2009, 80, 155327
26. e) E. F. Steigmeier, B. Abeles, Phys. Rev. 1964, 136, A1149
27. f) C. B. Vining, J. Appl. Phys. 1991, 69, 331.
28. a) V. K. Zaitsev, M. I. Fedorov, E. A. Gurieva, I. S. Eremin, P. P. Konstantinov, A. Y. Samunin, M. V. Vedernikov, Phys. Rev. B 2006, 74, 045207
29. b) Q. Zhang, J. He, T. J. Zhu, S. N. Zhang, X. B. Zhao, T. M. Tritt, Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 102109
30. c) S. K. Bux, M. T. Yeung, E. S. Toberer, G. J. Snyder, R. B. Kaner, J. P. Fleurial, J. Mater. Chem. 2011, 21, 12259
31. d) R. D. Schmidt, E. D. Case, J. Giles, J. E. Ni, T. P. Hogan, J. Electron. Mater. 2012, 41, 1210.
32. a) X. Yan, B. Poudel, Y. Ma, W. S. Liu, G. Joshi, H. Wang, Y. Lan, D. Wang, G. Chen, Z. F. Ren, Nano Lett. 2010, 10, 3373
33. b) L. D. Ivanova, L. I. Petrova, Y. V. Granatkina, V. S. Zemskov, Inorg. Mater. 2007, 43, 933
34. c) L. N. Luk'yanova, V. A. Kutasov, P. P. Konstantinov, Phys. Solid State 2008, 50, 2237.
35. L. S. Stil'bans, DSc Dissertation, A. F. Ioffe Physical-Technical Institute, Leningrad, Leningrad 1960 (In Russian).
36. a) H. Hohl, A. P. Ramirez, C. Goldmann, G. Ernst, B. Wo lfing, E. Bucher, J. Phys: Cond. Matter. 1999, 11, 1697
37. b) C. Uher, J. Yang, S. Hu, D. T. Morelli, G. P. Meisner, Phys. Rev. B. 1999, 59, 8615
38. c) C. Yu, T. J. Zhu, R. Z. Shi, Y. Zhang, X. B. Zhao, J. He, Acta Mater. 2009, 57, 2757.
39. A. V. Ioffe, A. F. Ioffe, Sov. Phys.-Solid State 1960, 2, 719.
40. B. A. Efimova, T. S. Stavitskaya, L. S. Stil'bans, L. M. Sysoeva, Sov. Phys.-Solid State 1960, 1, 1217.
41. G. T. Alekseeva, B. A. Efimova, L. M. Ostrovskaya, O. S. Serebryannikova, M. I. Tsypin, Sov. Phys. Semicond.-USSR 1971, 4, 1122.
42. A. D. LaLonde, Y. Z. Pei, H. Wang, G. J. Snyder, Mater. Today 2011, 14, 526.
43. Y. Pei, A. D. LaLonde, N. A. Heinz, G. J. Snyder, Adv. Energy Mater. 2012, 2, 670.
44. Y. Z. Pei, A. D. LaLonde, N. A. Heinz, X. Y. Shi, S. Iwanaga, H. Wang, L. D. Chen, G. J. Snyder, Adv. Mater. 2011, 23, 5674.
45. J. Callaway, H. C. Vonbaeyer, Phys. Rev. 1960, 120, 1149.
46. P. G. Klemens, Phys. Rev. 1960, 119, 507.
47. J. Yang, G. P. Meisner, L. Chen, Appl. Phys. Lett. 2004, 85, 1140.
48. a) G. P. Meisner, D. T. Morelli, S. Hu, J. Yang, C. Uher, Phys. Rev. Lett. 1998, 80, 3551
49. b) H. Wang, A. Charoenphakdee, K. Kurosaki, S. Yamanaka, G. J. Snyder, Phys. Rev. B 2011, 83, 024303.
50. L. Nordheim, Annalen der Physik 1931, 9, 607.
51. H. Brooks, in Advances in Electronics and Electron Physics, Vol. 7, Academic Press Inc, NY, 1955.
52. F. Herman, M. Glicksman, R. H. Parmenter, in Progress in semiconductors, Vol. 2, John Wiley & Sons, Inc., New York 1957.
53. a) R. P. Chasmar, R. Stratton, J. Electron. Contrl. 1959, 7, 52
54. b) G. D. Mahan, in Solid State Physics, Vol. 51, Academic Press Inc., San Diego 1998.
55. J. Bardeen, W. Shockley, Phys. Rev. 1950, 80, 72.
56. P. Lawaetz, Phys. Rev. 1968, 174, 867.
57. Y. I. Ravich, B. A. Efimova, I. A. Smirnov, Semiconducting lead chalcogenides, Vol. 5, Plenum Press, New York 1970.
58. a) D. J. Singh, Phys. Rev. B 2010, 81, 195217
59. b) D. Parker, D. J. Singh, Phys. Rev. B 2010, 82, 035204.
60. M. Lach-hab, D. A. Papaconstantopoulos, M. J. Mehl, J. Phys. Chem. Solids 2002, 63, 833.
61. Y. I. Ravich, B. A. Efimova, V. I. Tamarchenko, Phys. Status Solidi B-Basic Res. 1971, 43, 11.
62. a) Y. I. Ravich, B. A. Efimova, V. I. Tamarchenko, Phys. Status Solidi B-Basic Res. 1971, 43, 453
63. b) D. M. Zayachuk, Semiconductors 1997, 31, 173.
64. D. I. Bilc, S. D. Mahanti, M. G. Kanatzidis, Phys. Rev. B 2006, 74, 125202.
65. Y. Takagiwa, Y. Pei, G. Pomrehn, G. J. Snyder, Appl. Phys. Lett. 2012, 101, 092102.
66. Y. I. Ravich, in Lead Chalcogenides Physics and Applications, Vol. 18, Taylor & Francis, New York 2003.
67. a) V. A. Saakyan, E. D. Devyatkova, I. A. Smirnov, Sov. Phys. Solid State USSR 1966, 7, 2541
68. b) A. N. Veis, V. I. Kaidanov, R. F. Kuteinikov, S. A. Nemov, S. A. Rudenko, Y. I. Ukhanov, Sov. Phys. Semicond.USSR 1978, 12, 161.
69. F. E. Faradzhev, Sov. Phys. Semicond.-USSR 1984, 18, 1311.
70. W. W. Scanlon, J. Phys. Chem. Solids 1959, 8, 423.
71. P. F. P. Poudeu, J. D'Angelo, H. J. Kong, A. Downey, J. L. Short, R. Pcionek, T. P. Hogan, C. Uher, M. G. Kanatzidis, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 14347
72. b) J. J. Tietjen, L. R. Weisberg, Appl. Phys. Lett. 1965, 7, 261.
73. a) L. Makowski, M. Glicksman, J. Phys. Chem. Solids 1973, 34, 487
74. b) V. W. L. Chin, R. J. Egan, T. L. Tansley, J. Appl. Phys. 1991, 69, 3571
75. c) J. W. Harrison, J. R. Hauser, Phys. Rev. B 1976, 13, 5347
76. d) J. R. Hauser, M. A. Littlejohn, T. H. Glisson, Appl. Phys. Lett. 1976, 28, 458.
77. B. M. Askerov, Electron Transport Phenomena in Semiconductors, World Scientific Publishing Co. Pty. Ltd., Singapore, New Jersey, London, Hong Kong 1991.
78. L. Y. Morgovskii, Y. I. Ravich, Sov. Phys. Semicond.-USSR 1971, 5, 860.
79. a) E. Bellotti, F. Bertazzi, M. Goano, J. Appl. Phys. 2007, 101, 123706
80. b) W. L. Li, G. A. Csathy, D. C. Tsui, L. N. Pfeiffer, K. W. West, Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 2832
81. c) D. Chattopadhyay, Solid State Commun. 1994, 91, 149
82. d) V. W. L. Chin, J. Phys. Chem. Solids 1991, 52, 1193
83. e) S. R. Mehrotra, A. Paul, G. Klimeck, Appl. Phys. Lett. 2011, 98, 173503
84. f) S. H. Wei, A. Zunger, Phys. Rev. B 1997, 55, 13605.
85. a) S. Movchan, F. Sizov, V. Tetyorkin, Semicond. Phys., Quantum Electron. Optoelectron. 1999, 2, 84-87
86. b) H. Dumont, J. E. Bouree, A. Marbeuf, O. Gorochov, J. Cryst. Growth 1993, 130, 600.
87. M. A. Littlejohn, J. R. Hauser, T. H. Glisson, D. K. Ferry, J. W. Harrison, Solid-State Electron. 1978, 21, 107.
88. E. S. Toberer, A. Zevalkink, G. J. Snyder, J. Mater. Chem. 2011, 21, 15843.
89. a) R. Berman, Thermal Conduction in Solids, Oxford University Press, Oxford 1976
90. b) H. J. Goldsmid, The Thermal Properties of Solids, Dover Publications, Inc., New York 1965
91. c) G. Leibfried, E. Schlömann, Nach. Akad. Wiss. Göttingen, Math. Phys. Klasse 1954, 4, 71.
92. a) J. M. An, A. Subedi, D. J. Singh, Solid State Commun. 2008, 148, 417
93. b) O. Delaire, J. Ma, K. Marty, A. F. May, M. A. McGuire, M. H. Du, D. J. Singh, A. Podlesnyak, G. Ehlers, M. D. Lumsden, B. C. Sales, Nat. Mater. 2011, 10, 614.
94. B. Abeles, Phys. Rev. 1963, 131, 1906.
95. E. S. Toberer, A. F. May, B. C. Melot, E. Flage-Larsen, G. J. Snyder, Dalton Trans. 2010, 39, 1046.
96. C. L. Wan, W. Pan, Q. Xu, Y. X. Qin, J. D. Wang, Z. X. Qu, M. H. Fang, Phys. Rev. B 2006, 74, 144109.
97. L. D. Zhao, J. He, C. I. Wu, T. P. Hogan, X. Zhou, C. Uher, V. P. Dravid, M. G. Kanatzidis, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7902.
98. J. E. Ni, E. D. Case, K. N. Khabir, R. C. Stewart, C. Wu, T. P. Hogan, E. J. Timm, S. N. Girard, M. G. Kanatzidis, Mater. Sci. Eng. B, 2010, 170, 58.
99. P. G. Klemens, Proc. Phys. Soc. A 1955, 68, 1113.
100. Electronic Archive on Physical Properties of Semiconductors at Ioffe Physical Technical Institute, available at: http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/ Semicond/index.html, Accessed: July, 2012.
101. V. K. Zaitsev, E. N. Tkalenko, E. N. Nikitin, Soviet Phys. Solid State-USSR 1969, 11, 221.
102. P. E. Batson, J. F. Morar, Appl. Phys. Lett. 1991, 59, 3285.
103. W. Liu, X. Tan, K. Yin, H. Liu, X. Tang, J. Shi, Q. Zhang, C. Uher, Phys. Rev. Lett. 2012, 108, 166601.
104. a) D. M. Rowe, V. S. Shukla, N. Savvides, Nature 1981, 290, 765
105. b) D. M. Rowe, V. S. Shukla, J. Appl. Phys. 1981, 52, 7421.
106. T. L. Kovalchik, I. P. Maslakovets, Soviet Phys.-Tech. Phys. 1956, 1, 2337.
107. R. W. Fritts, Thermoelectric Materials and Devices, Reinhold Pub. Corp., New York 1960, 143.
108. A. D. LaLonde, T. Ikeda, G. J. Snyder, Rev. Sci. Instrum. 2011, 82, 025104.
109. S. Iwanaga, E. S. Toberer, A. Lalonde, G. J. Snyder, Rev. Sci. Instrum. 2011, 82, 063905.
110. R. Blachnik, R. Igel, Z. Naturforsch. (B) 1974, B 29, 625.
111. O. Delaire, A. F. May, M. A. McGuire, W. D. Porter, M. S. Lucas, M. B. Stone, D. L. Abernathy, V. A. Ravi, S. A. Firdosy, G. J. Snyder, Phys. Rev. B 2009, 80, 184302.