Material descriptors for predicting thermoelectric performance

Energy and Environmental Science

Volumn 8, Issue 3, 2015, Pages 983-994

  Yan, Jun ^a   Gorai, Prashun ^a,b   Ortiz, Brenden ^a   Miller, Sam ^c   Barnett, Scott A ^c   Mason, Thomas ^c   Stevanović, Vladan ^a,b   Toberer, Eric S ^a,b  

^a Department of Metallurgical and Materials Engineering   (United States)

^b NATIONAL RENEWABLE ENERGY LABORATORY   (United States)

^c NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CALCULATIONS; HALL MOBILITY; HOLE MOBILITY; THERMAL CONDUCTIVITY; THERMOELECTRIC EQUIPMENT;

ELECTRON AND PHONON TRANSPORTS; FIRST-PRINCIPLES CALCULATION; HIGH THROUGHPUT SCREENING; LATTICE THERMAL CONDUCTIVITY; SEMI-EMPIRICAL APPROACH; THERMO-ELECTRIC MATERIALS; THERMOELECTRIC FIGURE OF MERIT; THERMOELECTRIC PERFORMANCE;

THERMOELECTRICITY;

DESIGN; ELECTRICAL POWER; ELECTRON; ELECTRONIC EQUIPMENT; PERFORMANCE ASSESSMENT; THERMAL CONDUCTIVITY;

EID: 84924414174     PISSN: 17545692     EISSN: 17545706     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c4ee03157a     Document Type: Article

References (104)

1. G. J. Snyder E. S. Toberer Nat. Mater. 2008 7 105 114
2. C. J. Vineis A. Shakouri A. Majumdar M. G. Kanatzidis Adv. Mater. 2010 22 3970 3980
3. A. J. Minnich M. S. Dresselhaus Z. F. Ren G. Chen Energy Environ. Sci. 2009 2 466 479
4. S. Curtarolo G. L. W. Hart M. B. Nardelli N. Mingo S. Sanvito O. Levy Nat. Mater. 2013 12 191 201
5. E. Altenkirch Phys. Z. 1909 10 560580
6. G. K. H. Madsen J. Am. Chem. Soc. 2006 128 12140
7. J. Yang H. Li T. Wu W. Zhang L. Chen J. Yang Adv. Funct. Mater. 2008 18 2880
8. S. Wang Z. Wang W. Setyawan N. Mingo S. Curtarolo Phys. Rev. X 2011 1 021012
9. L. Bell Science 2008 321 1457 1461
10. D. Kraemer B. Poudel H. P. Feng J. C. Caylor B. Yu X. Yan Y. Ma X. W. Wang D. Z. Wang A. Muto K. McEnaney M. Chiesa Z. F. Ren G. Chen Nat. Mater. 2011 10 532 538
11. L. L. Baranowski G. J. Snyder E. S. Toberer Energy Environ. Sci. 2012 5 9055 9067
12. A. Belsky M. Hellenbrandt V. L. Karen P. Luksch Acta Crystallogr., Sect. B: Struct. Sci. 2002 58 364
13. G. K. H. Madsen D. Singh Comput. Phys. Commun. 2006 175 67 71
14. E. S. Toberer A. F. May C. J. Scanlon G. J. Snyder J. Appl. Phys. 2009 105 063701
15. J. Sjakste N. Vast V. Tyuterev Phys. Rev. Lett. 2007 99 236405
16. F. Murphy-Armando S. Fahy Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2008 78 035202
17. O. D. Restrepo K. Varga S. T. Pantelides Appl. Phys. Lett. 2009 94 212103
18. Z. Wang S. Wang S. Obukhov N. Vast J. Sjakste V. Tyuterev N. Mingo Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2011 83 205208
19. Y. Zhang E. Skoug J. Cain V. OzoliņŠ D. Morelli C. Wolverton Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012 85 054306
20. L.-D. Zhao S.-H. Lo Y. Zhang H. Sun G. Tan C. Uher C. Wolverton V. P. Dravid M. G. Kanatzidis Nature 2014 508 373 377
21. Y. Zhang V. OzoliņŠ D. Morelli C. Wolverton Chem. Mater. 2014 26 3427 3435
22. D. A. Broido M. Malorny G. Birner N. Mingo D. A. Stewart Appl. Phys. Lett. 2007 91 231922
23. W. Li L. Lindsay D. A. Broido D. A. Stewart N. Mingo Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012 86 174307
24. L. Lindsay D. A. Broido T. L. Reinecke Phys. Rev. Lett. 2012 109 095901
25. J. Carrete W. Li N. Mingo S. Wang S. Curtarolo Phys. Rev. X 2014 4 011019
26. A. F. May E. S. Toberer A. Saramat G. J. Snyder Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2009 80 125205
27. X. Shi Y. Pei G. J. Snyder L. Chen Energy Environ. Sci. 2011 4 4086 4095
28. Y. Wang Y. Sui J. Cheng X. Wang W. Su X. Liu H. J. Fan J. Phys. Chem. C 2010 114 5174 5181
29. V. K. Zaitsev M. I. Fedorov E. A. Gurieva I. S. Eremin P. P. Konstantinov A. Y. Samunin M. V. Vedernikov Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2006 74 045207
30. Y. Pei A. LaLonde S. Iwanaga G. J. Snyder Energy Environ. Sci. 2011 4 2085 2089
31. Y. Pei A. D. LaLonde H. Wang G. J. Snyder Energy Environ. Sci. 2012 5 7963 7969
32. Y. Pei Z. M. Gibbs B. Balke W. G. Zeier G. J. Snyder Adv. Energy Mater. 2014 1614 6840
33. A. D. LaLonde Y. Pei G. J. Snyder Energy Environ. Sci. 2011 4 2090 2096
34. H. Wang Y. Pei A. D. LaLonde G. J. Snyder Proc. Nat. Acad. Sci. 2012 109 9705 9709
35. H. Wang Y. Pei A. D. LaLonde G. J. Snyder Adv. Mater. 2011 23 1366 1370
36. D. M. Rowe, CRC Handbook of Thermoelectrics, CRC Press, 1995
37. C. B. Vining J. Appl. Phys. 1991 69 331 341
38. S. I. Johnson A. Zevalkink G. J. Snyder J. Mater. Chem. A 2013 1 4244 4249
39. A. Zevalkink J. Swallow G. J. Snyder Dalton Trans. 2013 42 9713 9719
40. C. Liu L. Miao D. Hu R. Huang C. A. J. Fisher S. Tanemura H. Gu Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2013 88 205201
41. A. Zevalkink W. G. Zeier G. Pomrehn E. Schechtel W. Tremel G. J. Snyder Energy Environ. Sci. 2012 5 9121 9128
42. T. Caillat J.-P. Fleurial A. Borshchevsky J. Phys. Chem. Solids 1997 58 1119 1125
43. S. K. Bux M. T. Yeung E. S. Toberer G. J. Snyder R. B. Kaner J.-P. Fleurial J. Mater. Chem. 2011 21 12259 12266
44. E. S. Toberer P. Rauwel S. Gariel J. Tafto G. Jeffrey Snyder J. Mater. Chem. 2010 20 9877 9885
45. E. S. Toberer A. F. May B. C. Melot E. Flage-Larsen G. J. Snyder Dalton Trans. 2010 39 1046 1054
46. A. F. May J.-P. Fleurial G. J. Snyder Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2008 78 125205
47. E. S. Toberer A. Zevalkink N. Crisosto G. J. Snyder Adv. Funct. Mater. 2010 20 4375 4380
48. S. Chen H. Wang W. Wan X. Huang Adv. Appl. Ceram. 2013 112 331 336
49. J. Li J. Sui Y. Pei C. Barreteau D. Berardan N. Dragoe W. Cai J. He L.-D. Zhao Energy Environ. Sci. 2012 5 8543 8547
50. E. Guilmeau D. Bérardan C. Simon A. Maignan B. Raveau D. O. Ovono F. Delorme J. Appl. Phys. 2009 106 053715 053715
51. D.-Y. Chung T. Hogan P. Brazis M. Rocci-Lane C. Kannewurf M. Bastea C. Uher M. G. Kanatzidis Science 2000 287 1024 1027
52. F. Gascoin S. Ottensmann D. Stark S. M. Haïle G. J. Snyder Adv. Funct. Mater. 2005 15 1860 1864
53. G. S. Nolas D. T. Morelli T. M. Tritt Annu. Rev. Mater. Sci. 1999 29 89 116
54. H. Xie H. Wang Y. Pei C. Fu X. Liu G. J. Snyder X. Zhao T. Zhu Adv. Funct. Mater. 2013 23 5123 5130
55. K. Fujita T. Mochida K. Nakamura Jpn. J. Appl. Phys. 2001 40 4644
56. K. Koumoto I. Terasaki R. Funahashi MRS Bull. 2006 31 206 210
57. T. Tsubota M. Ohtaki K. Eguchi H. Arai J. Mater. Chem. 1997 7 85 90
58. M. Ohtaki, T. Tokunaga, K. Eguchi and H. Arai, Proc. ICT'97. Int. Conf. Thermoelectrics, 1997, pp. 224-227
59. H. Kuriyama, M. Nohara, T. Sasagawa, K. Takubo, T. Mizokawa, K. Kimura and H. Takagi, Proc. ICT'06. 25th Int. Conf. Thermoelectrics, 2006, pp. 97-98
60. H. J. Goldsmid R. W. Douglas Br. J. Appl. Phys. 1954 5 386
61. R. P. Chasmar R. Stratton J. Electron. Control 1959 7 52 72
62. H. Goldsmid, Thermoelectric Refrigeration, Temple Press Books LTD, London, 1964
63. G. S. Nolas, J. Sharp and H. J. Goldsmid, Thermoelectrics Basic Principles and New Materials Developments, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2001
64. X. Y. Li L. D. Chen J. F. Fan W. B. Zhang T. Kawahara T. Hirai J. Appl. Phys. 2005 98 083702
65. Y. Nagamoto K. Tanaka T. Koyanagi Int. Conf. Thermoelectr., Proc. 1998 17 302 305
66. H. Wang E. Schechtel Y. Pei G. J. Snyder Adv. Energy Mater. 2013 3 488 495
67. L.-D. Zhao J. He S. Hao C.-I. Wu T. P. Hogan C. Wolverton V. P. Dravid M. G. Kanatzidis J. Am. Chem. Soc. 2012 134 16327 16336
68. E. S. Toberer C. A. Cox S. R. Brown T. Ikeda A. F. May S. M. Kauzlarich G. J. Snyder Adv. Funct. Mater. 2008 18 2795
69. M. Zhou Z. M. Gibbs H. Wang Y. Han C. Xin L. Li G. J. Snyder Phys. Chem. Chem. Phys. 2014 16 20741 20748
70. A. Zevalkink E. S. Toberer T. Bleith E. Flage-Larsen G. J. Snyder J. Appl. Phys. 2011 110 013721
71. A. Zevalkink G. S. Pomrehn S. Johnson J. Swallow Z. M. Gibbs G. J. Snyder Chem. Mater. 2012 24 2091 2098
72. A. Zevalkink E. S. Toberer W. Zeier E. Flage-Larsen G. J. Snyder Energy Environ. Sci. 2011 4 510 518
73. N. Wang H. Chen H. He W. Norimatsu M. Kusunoki K. Koumoto Sci. Rep. 2013 3 3449
74. C. Ruttanapun A. Wichainchai W. Prachamon A. Yangthaisong A. Charoenphakdee T. Seetawan J. Alloys Compd. 2011 509 4588 4594
75. L. Lukyanova V. Kutasov P. Konstantinov Phys. Solid State 2008 50 2237 2244
76. M. Otani N. D. Lowhorn P. K. Schenck W. Wong-Ng M. L. Green K. Itaka H. Koinuma Appl. Phys. Lett. 2007 91 132102
77. R. Potyrailo K. Rajan K. Stoewe I. Takeuchi B. Chisholm H. Lam ACS Comb. Sci. 2011 13 579 633
78. C. Wood Rep. Prog. Phys. 1988 51 459 539
79. Y. Y. Peter and M. Cardona, Fundamentals of Semiconductors, Springer-Verlag, Berlin, 3rd edn, 2005
80. M. Lundstrom, Fundamentals of Carrier Transport, Cambridge university Press, Cambridge, 2000
81. E. S. Toberer A. Zevalkink G. J. Snyder J. Mater. Chem. 2011 21 15843 15852
82. J. Callaway Phys. Rev. 1959 113 1046 1051
83. D. G. Cahill S. K. Watson R. O. Pohl Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1992 46 6131 6140
84. E. S. Toberer A. F. May G. J. Snyder Chem. Mater. 2010 22 624 634
85. A. Zevalkink W. G. Zeier G. Pomrehn E. Schechtel W. Tremel G. J. Snyder Energy Environ. Sci. 2012 5 9121 9128
86. X. Chen D. Parker D. J. Singh Sci. Rep. 2013 3 3168
87. Y. Pei X. Shi A. LaLonde H. Wang L. Chen G. J. Snyder Nature 2011 473 66 69
88. Z. M. Gibbs H. Kim H. Wang R. L. White F. Drymiotis M. Kaviany G. Jeffrey Snyder Appl. Phys. Lett. 2013 103 262109
89. L. Xu Y. Zheng J.-C. Zheng Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2010 82 195102
90. J. Vidal X. Zhang V. Stevanović J.-W. Luo A. Zunger Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012 86 075316
91. O. Delaire J. Ma K. Marty A. F. May M. A. McGuire M.-H. Du D. J. Singh A. Podlesnyak G. Ehlers M. Lumsden B. C. Sales Nat. Mater. 2011 10 614 619
92. K. M. O. Jensen E. S. Božin C. D. Malliakas M. B. Stone M. D. Lumsden M. G. Kanatzidis S. M. Shapiro S. J. L. Billinge Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012 86 085313
93. E. S. Bozin C. D. Malliakas P. Souvatzis T. Proffen N. A. Spaldin M. G. Kanatzidis S. J. L. Billinge Science 2010 330 1660 1663
94. T. Keiber F. Bridges B. C. Sales Phys. Rev. Lett. 2013 111 095504
95. Non-Tetrahedrally Bonded Elements and Binary Compounds I, ed., O. Madelung, U. Rssler, and, M. Schulz, Springer Berlin Heidelberg, 1998, vol. 41C, pp. 1-4
96. J. P. Heremans V. Jovovic E. S. Toberer A. Saramat K. Kurosaki A. Charoenphakdee S. Yamanaka G. J. Snyder Science 2008 321 554 557
97. C.-L. Chen H. Wang Y.-Y. Chen T. Day G. J. Snyder J. Mater. Chem. A 2014 2 11171 11176
98. G. Kresse J. Furthmüller Comput. Mater. Sci. 1996 6 15
99. J. P. Perdew K. Burke M. Ernzerhof Phys. Rev. Lett. 1996 77 3865 3868
100. P. E. Blöchl O. Jepsen O. K. Andersen Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1994 49 16223 16233
101. V. Stevanović S. Lany X. Zhang A. Zunger Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012 85 115104
102. S. L. Dudarev G. A. Botton S. Y. Savrasov C. J. Humphreys A. P. Sutton Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1998 57 1505 1509
103. F. Birch Phys. Rev. 1947 71 809 824
104. F. D. Murnaghan Proc. Nat. Acad. Sci. 1944 30 244 247