Synergistic effects of Ag-Bi co-doping on thermoelectric properties of Mg2Si0.3Sn0.7 solid solutions

热电效应 兴奋剂 固溶体 材料科学 热电材料 化学工程 纳米技术 冶金 光电子学 热力学 物理 工程类
作者
Ilhame Assahsahi,Andrei Galatanu,Rachid El Bouayadi,Driss Zejli,Bogdan Popescu
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:1039: 183310-183310
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2025.183310
摘要

Mg 2 Si 1-x Sn x solid solutions are promising thermoelectric materials due to the inexpensive and abundant nature of their components, their environmental friendliness and their flexibility in terms of optimising their thermoelectric properties. In this study, we report on the thermoelectric properties enhancement of n-type Mg 2 Si 0.3 Sn 0.7 solid solutions doped with aliovalent elements, donor (Bi) and acceptor (Ag), respectively. Samples were synthesized via conventional melting followed by spark plasma sintering. Co-doping led to carrier concentration and mobility tuning, resulting in a significantly increased Seebeck coefficient while maintaining high electrical conductivity. Consequently, the power factor reached 44.67 × 10 −3 W·m - ¹ ·K −2 at 650 K for Mg 1.98 Ag 0.02 Si 0.29 Sn 0.69 Bi 0.02 . Furthermore, lattice thermal conductivity was reduced via enhanced phonon scattering caused by point defects and suppressed bipolar conductivity attributed to a widened band gap and increased carrier density. The combined effects yielded improved ZT values, peaking at 1.12 at 674 K and 1.13 at 721 K for Mg 1.99 Ag 0.01 Si 0.29 Sn 0.69 Bi 0.02 and Mg 1.98 Ag 0.02 Si 0.29 Sn 0.69 Bi 0.02 , respectively. These results highlight the potential of Ag–Bi co-doping as a robust strategy to enhance the thermoelectric efficiency of Mg 2 Si 1-x Sn x based materials.
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