The authors have shown that nanogranular indium tin oxide (ITO) films, deposited by spray pyrolysis on a silicon substrate, demonstrate ultralow thermal conductivity κ ∼ 0.84 ± 0.12 Wm−1 K−1 at room temperature. This value is approximately by one order of magnitude lower than that in bulk ITO. The strong drop of thermal conductivity is explained by the nanogranular structure and porosity of ITO films, resulting in enhanced phonon scattering on grain boundaries. The experimental results were interpreted theoretically, employing the Boltzmann transport equation approach for phonon transport and filtering model for electronic transport. The calculated values of thermal conductivity are in reasonable agreement with the experimental findings. The presented results show that ITO films with an optimal nanogranular structure may be prospective for thermoelectric applications.

1.
G. J.
Snyder
and
E. S.
Toberer
,
Nat. Mater.
7
,
105
114
(
2008
).
2.
A. A.
Balandin
,
J. Nanosci. Nanotechnol.
5
,
1015
(
2005
).
3.
A. A.
Balandin
,
E. P.
Pokatilov
, and
D. L.
Nika
,
J. Nanoelectron. Optoelectron.
2
,
140
(
2007
).
4.
A. A.
Balandin
and
D. L.
Nika
,
Mater. Today
15
,
266
(
2012
).
5.
H. L.
Hartnagel
,
A.
Dawar
,
A.
Jain
, and
C.
Jagadish
,
Semiconducting Transparent Thin Films
(
Institute of Physics Publishing
,
Bristol, UK/Philadelphia, PA
,
1995
).
6.
H.
Kim
,
C. M.
Gilmore
,
A.
Pique
,
J. S.
Horwitz
,
H.
Mattoussi
,
H.
Murata
,
Z. H.
Kafafi
, and
D. B.
Chrisey
,
J. Appl. Phys.
86
,
6451
6461
(
1999
).
7.
E.
Fortunato
,
D.
Ginley
,
H.
Hosono
, and
D. C.
Paine
,
MRS Bull.
32
,
242
247
(
2007
).
8.
J.
Pern
and
National Renewable Energy Laboratory (U.S.)
,
Stability Issues of Transparent Conducting Oxides (TCOs) for Thin-Film Photovoltaics
, Nrel/Pr 520-44665 (
National Renewable Energy Laboratory
,
Golden, CO
,
2008
), p.
25
.
9.
N.
Preissler
,
O.
Bierwagen
,
A. T.
Ramu
, and
J. S.
Speck
,
Phys. Rev. B
88
,
085305
(
2013
).
10.
D.
Berardan
,
E.
Guilmeau
,
A.
Maignan
, and
B.
Raveau
,
Solid State Commun.
146
,
97
101
(
2008
).
11.
J. L.
Lan
,
Y. C.
Liu
,
Y. H.
Lin
,
C. W.
Nan
,
Q.
Cai
, and
X. P.
Yang
,
Sci. Rep.
5
,
7783
(
2015
).
12.
A. J.
Minnich
,
M. S.
Dresselhaus
,
Z. F.
Ren
, and
G.
Chen
,
Energy Environ. Sci.
2
,
466
479
(
2009
).
13.
T.
Ashida
,
A.
Miyamura
,
N.
Oka
,
Y.
Sato
,
T.
Yagi
,
N.
Taketoshi
,
T.
Baba
, and
Y.
Shigesato
,
J. Appl. Phys.
105
,
073709
(
2009
).
14.
J. L.
Lan
,
Y. H.
Lin
,
Y.
Liu
,
S. L.
Xu
, and
C. W.
Nan
,
J. Am. Ceram. Soc.
95
,
2465
2469
(
2012
).
15.
D. G.
Cahill
,
S. K.
Watson
, and
R. O.
Pohl
,
Phys. Rev. B
46
,
6131
(
1992
).
16.
M.
Ohtaki
,
D.
Ogura
,
K.
Eguchi
, and
H.
Arai
,
J. Mater. Chem.
4
,
653
656
(
1994
).
17.
M.
Ohtaki
,
J. Ceram. Soc. Jpn.
119
,
770
775
(
2011
).
18.
V.
Brinzari
,
I.
Damaskin
,
L.
Trakhtenbergc
,
B. K.
Cho
, and
G.
Korotcenkov
,
Thin Solid Films
552
,
225
231
(
2014
).
19.
E.
Combe
,
C.
Chubilleau
,
D.
Berardan
,
E.
Guilmeau
,
A.
Maignan
, and
B.
Raveau
,
Powder Technol.
208
,
503
508
(
2011
).
20.
K.
Park
,
K. K.
Kim
,
N.
Lee
,
S. J.
Kim
,
W. S.
Seo
, and
B.
Yang
,
J. Kor. Phys. Soc.
48
,
1548
1551
(
2006
).
21.
S.
Isobe
,
T.
Tani
,
Y.
Masuda
,
W. S.
Seo
, and
K.
Koumoto
,
Jpn. J. Appl. Phys.
41
,
731
732
(
2002
).
22.
Y.
Masuda
,
M.
Ohta
,
W. S.
Seo
,
W.
Pitschke
, and
K.
Koumoto
,
J. Solid State Chem.
150
,
221
227
(
2000
).
23.
M.
Kazeoka
,
H.
Hiramatsu
,
W. S.
Seo
, and
K.
Koumoto
,
J. Mater. Res.
13
,
523
526
(
1998
).
24.
E.
Guilmeau
,
D.
Berardan
,
C.
Simon
,
A.
Maignan
,
B.
Raveau
,
D. O.
Ovono
, and
F.
Delorme
,
J. Appl. Phys.
106
,
053715
(
2009
.
25.
D. K.
Seo
,
S.
Shin
,
H. H.
Cho
,
B. H.
Kong
,
D. M.
Whang
, and
H. K.
Cho
,
Acta Mater.
59
,
6743
6750
(
2011
).
26.
G.
Korotcenkov
,
V.
Brinzari
, and
B. K.
Cho
,
Solid State Sci.
52
,
141
148
(
2016
).
27.
V.
Brinzari
,
D. L.
Nika
,
I.
Damaskin
,
B. K.
Cho
, and
G.
Korotchenkov
,
Physica E
81
,
49
58
(
2016
).
28.
B. E.
Yoldas
and
D. P.
Partlow
,
Thin Solid Films
129
,
1
14
(
1985
).
29.
C.
Kranert
,
R.
Schmidt-Grund
, and
M.
Grundmann
,
Phys. Status Solidi RRL
8
,
554
559
(
2014
).
30.
O. M.
Berengue
,
A. D.
Rodrigues
,
C. J.
Dalmaschio
,
A. J. C.
Lanfredi
,
E. R.
Leite
, and
A. J.
Chiquito
,
J. Phys. D
43
,
045401
(
2010
).
31.
R. S.
Ningthoujam
and
S. K.
Kulshreshtha
,
Mater. Res. Bull.
44
,
57
62
(
2009
).
32.
M. V.
Frischbier
,
H. F.
Wardenga
,
M.
Weidner
,
O.
Bierwagen
,
J.
Jia
,
Y.
Shigesato
, and
A.
Klein
,
Thin Solid Films
614
,
62
68
(
2016
).
33.
J. L.
Battaglia
,
A.
Kusiak
,
V.
Schick
,
A.
Cappella
,
C.
Wiemer
,
M.
Longo
, and
E.
Varesi
,
J. Appl. Phys.
107
,
044314
(
2010
).
34.
J. F.
Li
,
W. S.
Liu
,
L. D.
Zhao
, and
M.
Zhou
, “
High-performance nanostructured thermoelectric materials
,”
NPG Asia Mater.
2
,
152
158
(
2010
).
35.
E. P.
Pokatilov
,
D. L.
Nika
, and
A. A.
Balandin
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
825
827
(
2004
).
36.
K.
Kishimoto
,
M.
Tsukamoto
, and
T.
Koyanagi
,
J. Appl. Phys.
92
,
5331
5339
(
2002
).
37.
J. H.
Bahk
,
Z. X.
Bian
, and
A.
Shakouri
,
Phys. Rev. B
87
,
075204
(
2013
).
38.
J. H.
Lee
,
S. H.
Lee
,
C. J.
Choi
,
S. P.
Jang
, and
S.
Choi
,
Int. J. Micro-Nano Scale Transp.
1
,
269
322
(
2010
).
39.
J. D.
Renteria
,
S.
Ramirez
,
H.
Malekpour
,
B.
Alonso
,
A.
Centeno
,
A.
Zurutuza
,
A. I.
Cocemasov
,
D. L.
Nika
, and
A. A.
Balandin
,
Adv. Funct. Mater.
25
,
4664
4672
(
2015
).
40.
D. L.
Nika
,
E. P.
Pokatilov
,
A. A.
Balandin
,
V. M.
Fomin
,
A.
Rastelli
, and
O. G.
Schmidt
,
Phys. Rev. B
84
,
165415
(
2011
).
41.
D. L.
Nika
,
A. I.
Cocemasov
,
C. I.
Isacova
,
A. A.
Balandin
,
V. M.
Fomin
, and
O. G.
Schmidt
,
Phys. Rev. B
85
,
205439
(
2012
).
42.
D. L.
Nika
,
A. I.
Cocemasov
,
D. V.
Crismari
, and
A. A.
Balandin
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
213109
(
2013
).
You do not currently have access to this content.