Towards energy filtering in Mg2X-based composites: Investigating local carrier concentration and band alignment via SEM/EDX and transient Seebeck microprobe analysis

材料科学 热电效应 塞贝克系数 热电材料 带偏移量 掺杂剂 波段图 复合数 载流子 带隙 复合材料 光电子学 兴奋剂 热导率 热力学 价带 物理
作者
Sanyukta Ghosh,Harshita Naithani,Byungki Ryu,Gregor Oppitz,Eckhard Müller,Johannes de Boor
出处
期刊:Materials Today Physics [Elsevier BV]
卷期号:38: 101244-101244 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.mtphys.2023.101244
摘要

A comprehensive understanding of multi-phase materials requires the characterization of transport properties at the micro/nano-scale. Optimized alignments of the conduction bands and valence bands at the interfaces of multi-phase materials can enhance the properties of thermoelectric materials by filtering out undesired charge carriers and is a promising path towards high performance thermoelectric devices. Here, a micro-scale characterization technique using transient Seebeck microprobe analysis, scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy, and electronic transport modelling based on the Boltzmann transport equation modeling is introduced to assess the band diagram and estimate the band offset in multi-phase materials. This characterization technique is applied to a composite of magnesium silicide-based materials. This material class is prone to form self-assembling nano-structured composites driven by a miscibility gap in the solid solutions series. Our analysis reveals changes in carrier concentration upon composite formation and considerable band offsets for both conduction and valence band when synthesizing nominally undoped composites. Employing Bi as dopant we show that Bi exhibits a preference for the Sn-rich phase, changing the carrier concentration differently in the Sn-rich matrix phase compared to the Si-rich secondary phase, effectively altering the band alignment of the composite. This demonstrates that our approach can be utilized to measure and manipulate the band offset within the composite to achieve optimal thermoelectric performance.
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