Heterostructured approaches to efficient thermoelectric materials

Chemistry of Materials

Volumn 26, Issue 1, 2014, Pages 837-848

  Zhang, Yichi ^a   Stucky, Galen D ^a,b  

^a UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^b University of California   (United States)

Author keywords

heterostructures; hot carrier filtering; interfacial barrier; metal semiconductor; nanoinclusions; thermoelectric materials

Indexed keywords

DIFFERENT LENGTH SCALE; INTERFACIAL BARRIERS; METAL SEMICONDUCTORS; NANO INCLUSION; SYNTHETIC METHODOLOGY; THERMO-ELECTRIC MATERIALS; THERMOELECTRIC CONVERSION EFFICIENCY; THERMOELECTRIC FIGURE OF MERIT;

HETEROJUNCTIONS; HOT CARRIERS; THERMOELECTRICITY;

THERMOELECTRIC EQUIPMENT;

EID: 84892567489     PISSN: 08974756     EISSN: 15205002     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cm402150j     Document Type: Review

References (92)

1. Toberer, E. S.; May, A. F.; Snyder, G. J. Chem. Mater. 2010, 22, 624-634
2. Snyder, G. J.; Toberer, E. S. Nat. Mater. 2008, 7, 105-114
3. Seebeck, T. J.; von Oettingen, A. Magnetische Polarisation der Metalle und Erze durch Temperatur-Differenz; W. Engelmann: Leipzig, 1895; pp 265-373. http://catalog.hathitrust.org/api/volumes/oclc/7502427.html.
4. Peltier, J. C. Ann. Chim. 1834, 56, 371-386
5. 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. Science 2008, 320, 634-638
6. Joshi, G.; Lee, H.; Lan, Y.; Wang, X.; Zhu, G.; Wang, D.; Gould, R. W.; Cuff, D. C.; Tang, M. Y.; Dresselhaus, M. S.; Chen, G.; Ren, Z. Nano Lett. 2008, 8, 4670-4674
7. Yan, X.; Poudel, B.; Ma, Y.; Liu, W. S.; Joshi, G.; Wang, H.; Lan, Y.; Wang, D.; Chen, G.; Ren, Z. F. Nano Lett. 2010, 10, 3373-3378
8. Xie, W.; He, J.; Kang, H. J.; Tang, X.; Zhu, S.; Laver, M.; Wang, S.; Copley, J. R. D.; Brown, C. M.; Zhang, Q.; Tritt, T. M. Nano Lett. 2010, 10, 3283-3289
9. Mehta, R. J.; Zhang, Y.; Karthik, C.; Singh, B.; Siegel, R. W.; Borca-Tasciuc, T.; Ramanath, G. Nat. Mater. 2012, 11, 233-40
10. Kovalenko, M. V; Spokoyny, B.; Lee, J.; Scheele, M.; Weber, A.; Perera, S.; Landry, D.; Talapin, D. V. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 597-602
11. Dirmyer, M. R.; Martin, J.; Nolas, G. S.; Sen, A.; Badding, J. V. Small 2009, 5, 933-937
12. Scheele, M.; Oeschler, N.; Meier, K.; Kornowski, A.; Klinke, C.; Weller, H. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 3476-3483
13. Tang, J.; Wang, H.-T.; Lee, D. H.; Fardy, M.; Huo, Z.; Russell, T. P.; Yang, P. Nano Lett. 2010, 10, 4279-4283
14. Zhang, Y.; Day, T.; Snedaker, M. L.; Wang, H.; Krämer, S.; Birkel, C. S.; Ji, X.; Liu, D.; Snyder, G. J.; Stucky, G. D. Adv. Mater. 2012, 24, 5065-5670
15. Toberer, E. S.; Baranowski, L. L.; Dames, C. Annu. Rev. Mater. Res. 2012, 42, 179-209
16. Dames, C.; Chen, G. In ThermoelectricsHandbook: Macro to Nano; Rowe, D. M., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL; p 1014.
17. Li, D. Y.; Wu, Y. Y.; Kim, P.; Shi, L.; Yang, P. D.; Majumdar, A. Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 2934-2936
18. Biswas, K.; He, J.; Blum, I. D.; Wu, C.-I.; Hogan, T. P.; Seidman, D. N.; Dravid, V. P.; Kanatzidis, M. G. Nature 2012, 489, 414-418
19. Chiritescu, C.; Cahill, D. G.; Nguyen, N.; Johnson, D.; Bodapati, A.; Kebilinski, P.; Zschack, P. Science 2007, 315, 351-353
20. Cahill, D. G.; Watson, S. K.; Pohl, R. O. Phys. Rev. B 1992, 46, 6131-6140
21. Popescu, A.; Woods, L.; Martin, J.; Nolas, G. Phys. Rev. B 2009, 79, 205302
22. Zhou, J.; Li, X.; Chen, G.; Yang, R. Phys. Rev. B 2010, 82, 115308
23. Moyzhes, B.; Nemchinsky, V. Appl. Phys. Lett. 1998, 73, 1895-1897
24. Faleev, S.; Léonard, F. Phys. Rev. B 2008, 77, 214304
25. Heremans, J.; Thrush, C.; Morelli, D. Phys. Rev. B 2004, 70, 115334
26. Vashaee, D.; Shakouri, A. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 106103
27. Zebarjadi, M.; Esfarjani, K.; Shakouri, A.; Bahk, J.-H.; Bian, Z.; Zeng, G.; Bowers, J.; Lu, H.; Zide, J.; Gossard, A. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 202105
28. Zide, J.; Vashaee, D.; Bian, Z.; Zeng, G.; Bowers, J.; Shakouri, A.; Gossard, A. Phys. Rev. B 2006, 74, 205335
29. Kim, S. Il; Ahn, K.; Yeon, D.-H.; Hwang, S.; Kim, H.-S.; Lee, S. M.; Lee, K. H. Appl. Phys. Express 2011, 4, 091801
30. Kim, S. I.; Hwang, S.; Roh, J. W.; Ahn, K.; Yeon, D.-H.; Lee, K. H.; Kim, S. W. J. Mater. Res. 2012, 27, 2449-2456
31. Lin, Q.; Smeller, M.; Heideman, C. L.; Zschack, P.; Koyano, M.; Anderson, M. D.; Kykyneshi, R.; Keszler, D. A.; Anderson, I. M.; Johnson, D. C Chem. Mater. 2010, 22, 1002-1009
32. Mavrokefalos, A.; Lin, Q.; Beekman, M.; Seol, J. H.; Lee, Y. J.; Kong, H.; Pettes, M. T.; Johnson, D. C.; Shi, L. Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 181908
33. Zhang, Y.; Wang, H.; Krämer, S.; Shi, Y.; Zhang, F.; Snedaker, M.; Ding, K.; Moskovits, M.; Snyder, G. J.; Stucky, G. D. ACS Nano 2011, 5, 3158-3165
34. Sumithra, S.; Takas, N. J.; Misra, D. K.; Nolting, W. M.; Poudeu, P. F. P.; Stokes, K. L. Adv. Energy Mater. 2011, 1, 1141-1147
35. Birkel, C. S.; Douglas, J. E.; Lettiere, B. R.; Seward, G.; Verma, N.; Zhang, Y.; Pollock, T. M.; Seshadri, R.; Stucky, G. D. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 6990-6997
36. Puneet, P.; He, J.; Zhu, S.; Tritt, T. M. J. Appl. Phys. 2012, 112, 033710
37. Zhao, L.-D.; Zhang, B.-P.; Liu, W.-S.; Li, J.-F. J. Appl. Phys. 2009, 105, 23704-23706
38. 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, 818-821
39. Kanatzidis, M. G. Chem. Mater. 2010, 22, 648-659
40. Poudeu, P. F. P.; Guéguen, A.; Wu, C.-I.; Hogan, T.; Kanatzidis, M. G. Chem. Mater. 2010, 22, 1046-1053
41. Liu, Y.; Sahoo, P.; Makongo, J. P. A.; Zhou, X.; Kim, S.-J.; Chi, H.; Uher, C.; Pan, X.; Poudeu, P. F. P. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 7486-95
42. Van Nong, N.; Pryds, N.; Linderoth, S.; Ohtaki, M. Adv. Mater. 2011, 23, 2484-90
43. Han, M.-K.; Ahn, K.; Kim, H.; Rhyee, J.-S.; Kim, S.-J. J. Mater. Chem. 2011, 21, 11365-11370
44. Girard, S. N.; He, J.; Li, C.; Moses, S.; Wang, G.; Uher, C.; Dravid, V. P.; Kanatzidis, M. G. Nano Lett. 2010, 10, 2825-31
45. Zhao, L.-D.; He, J.; Wu, C.-I.; Hogan, T. P.; Zhou, X.; Uher, C.; Dravid, V. P.; Kanatzidis, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7902-12
46. Zhao, L.-D.; He, J.; Hao, S.; Wu, C.-I.; Hogan, T. P.; Wolverton, C.; Dravid, V. P.; Kanatzidis, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 16327-36
47. Biswas, K.; He, J.; Zhang, Q.; Wang, G.; Uher, C.; Dravid, V. P.; Kanatzidis, M. G. Nat. Chem. 2011, 3, 160-6
48. Ahn, K.; Han, M.-K.; He, J.; Androulakis, J.; Ballikaya, S.; Uher, C.; Dravid, V. P.; Kanatzidis, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 5227-35
49. Pei, Y.; Lensch-Falk, J.; Toberer, E. S.; Medlin, D. L.; Snyder, G. J. Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 241-249
50. He, J.; Girard, S. N.; Kanatzidis, M. G.; Dravid, V. P. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 764-772
51. Wang, W.; Goebl, J.; He, L.; Aloni, S.; Hu, Y.; Zhen, L.; Yin, Y. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 17316-17324
52. Mehta, R. J.; Karthik, C.; Singh, B.; Teki, R.; Borca-Tasciuc, T.; Ramanath, G. ACS Nano 2010, 4, 5055-60
53. Ibanez, M.; Zamani, R.; Gorsse, S.; Fan, J.; Silvia, O.; Cadavid, D.; Morante, J. R.; Arbiol, J.; Cabot, A. ACS Nano 2013, 7, 2573-2586
54. Saramat, A.; Svensson, G.; Palmqvist, A. E. C. J. Appl. Phys. 2006, 99, 023708
55. Urban, J. J.; Talapin, D. V; Shevchenko, E. V; Kagan, C. R.; Murray, C. B. Nat. Mater. 2007, 6, 115-21
56. Mitzi, D. B.; Kosbar, L. L.; Murray, C. E.; Copel, M.; Afzali, A. Nature 2004, 428, 299-303
57. Mitzi, D. B. Inorg. Chem. 2005, 44, 7078-86
58. Milliron, D. J.; Raoux, S.; Shelby, R. M.; Jordan-Sweet, J. Nat. Mater. 2007, 6, 352-6
59. Mitzi, D. Inorg. Chem. 2007, 46, 926-931
60. Milliron, D. J.; Mitzi, D. B.; Copel, M.; Murray, C. E. Chem. Mater. 2006, 18, 587-590
61. Kovalenko, M. V; Scheele, M.; Talapin, D. V. Science 2009, 324, 1417-20
62. Zhang, Y.; Snedaker, M. L.; Birkel, C. S.; Mubeen, S.; Ji, X.; Shi, Y.; Liu, D.; Liu, X.; Moskovits, M.; Stucky, G. D. Nano Lett. 2012, 12, 1075-1080
63. Ko, D.-K.; Kang, Y.; Murray, C. B. Nano Lett. 2011, 11, 2841-2844
64. Zhang, Y.; Bahk, J.-H.; Lee, J.; Birkel, C. S.; Snedaker, M. L.; Liu, D.; Zeng, H.; Moskovits, M.; Shakouri, A.; Stucky, G. D. Adv. Mater. 2013, submitted
65. Small, J.; Perez, K.; Kim, P. Phys. Rev. Lett. 2003, 91, 256801
66. Yu, F.; Hu, L.; Zhou, H.; Qiu, C.; Yang, H.; Chen, M.; Lu, J.; Sun, L. J. Nanosci. Nanotechnol. 2013, 13, 1335-8
67. Bradley, K.; Jhi, S.; Collins, P.; Hone, J.; Cohen, M.; Louie, S.; Zettl, A. Phys. Rev. Lett. 2000, 85, 4361-4
68. Haskins, J.; Kinaci, A.; Sevik, C.; Sevincli, H.; Cuniberti, G.; Cagin, T. ACS Nano 2011, 5, 3779-3787
69. Yu, C.; Kim, Y. S.; Kim, D.; Grunlan, J. C. Nano Lett. 2008, 8, 4428-32
70. Hewitt, C. A.; Kaiser, A. B.; Roth, S.; Craps, M.; Czerw, R.; Carroll, D. L. Appl. Phys. Lett. 2011, 98, 183110
71. Choi, Y.; Kim, Y.; Park, S.-G.; Kim, Y.-G.; Sung, B. J.; Jang, S.-Y.; Kim, W. Org. Electron. 2011, 12, 2120-2125
72. Yao, Q.; Chen, L.; Zhang, W.; Liufu, S.; Chen, X. ACS Nano 2010, 4, 2445-2451
73. Wang, Q.; Yao, Q.; Chang, J.; Chen, L. J. Mater. Chem. 2012, 22, 17612-17618
74. Zhang, K.; Davis, M.; Qiu, J.; Hope-Weeks, L.; Wang, S. Nanotechnology 2012, 23, 385701
75. Liu, J.; Sun, J.; Gao, L. Nanoscale 2011, 3, 3616-9
76. Freeman, D. D.; Choi, K.; Yu, C. PloS One 2012, 7, e47822
77. Moriarty, G. P.; Wheeler, J. N.; Yu, C.; Grunlan, J. C. Carbon 2012, 50, 885-895
78. Kim, D.; Kim, Y.; Choi, K.; Grunlan, J. C.; Yu, C. ACS Nano 2010, 4, 513-523
79. Bounioux, C.; Díaz-Chao, P.; Campoy-Quiles, M.; Martín-González, M. S.; Goñi, A. R.; Yerushalmi-Rozen, R.; Müller, C. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 918-925
80. Kim, G. H.; Hwang, D. H.; Woo, S. I. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 3530-6
81. Yu, C.; Choi, K.; Yin, L.; Grunlan, J. C. ACS Nano 2011, 5, 7885-92
82. Hewitt, C. A; Kaiser, A. B.; Roth, S.; Craps, M.; Czerw, R.; Carroll, D. L. Nano Lett. 2012, 12, 1307-10
83. Fernandes, G. E.; Kim, J. H.; Xu, J. Mater. Res. Bull. 2013, 48, 2950-2954
84. Yu, C.; Ryu, Y.; Yin, L.; Yang, H. ACS Nano 2011, 5, 1297-1303
85. Kim, K. T.; Choi, S. Y.; Shin, E. H.; Moon, K. S.; Koo, H. Y.; Lee, G.-G.; Ha, G. H. Carbon 2013, 52, 541-549
86. Suh, D.; Lee, D.; Kang, C.; Shon, I.-J.; Kim, W.; Baik, S. J. Mater. Chem. 2012, 22, 21376-21381
87. Zhang, Y.; Wang, X. L.; Yeoh, W. K.; Zheng, R. K.; Zhang, C. Appl. Phys. Lett. 2012, 101, 031909
88. Tan, A.; Balachandran, J.; Sadat, S.; Gavini, V.; Dunietz, B. D.; Jang, S.-Y.; Reddy, P. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8838-41
89. Bubnova, O.; Khan, Z. U.; Malti, A.; Braun, S.; Fahlman, M.; Berggren, M.; Crispin, X. Nat. Mater. 2011, 10, 429-33
90. See, K. C.; Feser, J. P.; Chen, C. E.; Majumdar, A.; Urban, J. J.; Segalman, R. A. Nano Lett. 2010, 10, 4664-7
91. He, M.; Ge, J.; Lin, Z.; Feng, X.; Wang, X.; Lu, H.; Yang, Y.; Qiu, F. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 8351-8358
92. Goncalves, P.;, A.; Lopes, E. B.; Alves, E.; Barradas, N. P.; Franco, N.; Rouleau, O.; Godart, C. New Approaches to Thermoelectric Materials. In Properties and Applications of Thermoelectric Materials; Springer: Dordrecht, 2009; p 51.