Srinivasan, Bhuvanesh, Boussard-Plédel, Catherine, Dorcet, Vincent, Samanta, Manisha, Biswas, Kanishka, Lefèvre, Robin, Gascoin, Franck, Cheviré, François, Tricot, Sylvain, Reece, Michael, Bureau, Bruno, Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research (JNCASR), Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (CRISMAT), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Physique de Rennes (IPR), Université de Rennes (UR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), School of Engineering and Materials Science [London] (SEMS), Queen Mary University of London (QMUL), Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Physique Corpusculaire - Clermont-Ferrand (LPC), Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand 2 (UBP)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
International audience; Chalcogenide semiconducting systems are of growing interest for mid-temperature range (~500 K) thermoelectric applications. In this work, Ge20Te77Se3 glasses were intentionally crystallized by doping with Cu and Bi. These effectively-crystallized materials of composition (Ge20Te77Se3)100-xMx (M = Cu or Bi; x = 5, 10, 15), obtained by vacuum-melting and quenching techniques, were found to have multiple crystalline phases and exhibit increased electrical conductivity due to excess hole concentration. These materials also have ultra-low thermal conductivity, especially the heavily-doped (Ge20Te77Se3)100−xBix (x = 10, 15) samples, which possess lattice thermal conductivity of ~0.7 Wm−1K−1 at 525 K due to the assumable formation of nano-precipitates rich in Bi, which are effective phonon scatterers. Owing to their high metallic behavior, Cu-doped samples did not manifest as low thermal conductivity as Bi-doped samples. The exceptionally low thermal conductivity of the Bi-doped materials did not, alone, significantly enhance the thermoelectric figure of merit, zT. The attempt to improve the thermoelectric properties by crystallizing the chalcogenide glass compositions by excess doping did not yield power factors comparable with the state of the art thermoelectric materials, as these highly electrically conductive crystallized materials could not retain the characteristic high Seebeck coefficient values of semiconducting telluride glasses.