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Unraveling Self-Doping Effects in Thermoelectric TiNiSn Half-Heusler Compounds by Combined Theory and High-Throughput Experiments

Wambach, Matthias und Stern, Robin und Bhattacharya, Sandip und Ziolkowski, Pawel und Müller, Eckhard und Madsen, Georg K.H. und Ludwig, Alfred (2016) Unraveling Self-Doping Effects in Thermoelectric TiNiSn Half-Heusler Compounds by Combined Theory and High-Throughput Experiments. Advanced Electronic Materials, 2 (2), Seite 1500208. Wiley. doi: 10.1002/aelm.201500208. ISSN 2199-160X.

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Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.1002/aelm.201500208

Kurzfassung

The control of the carrier concentration is a key topic in the optimization of the thermoelectric power factor. It depends intricately on the defect chemistry of a host phase (here: TiNiSn) and the boundary conditions set by competing phases. The large impact of a slight off-stoichiometry in the intermetallic half-Heusler phase TiNiSn makes combinatorial techniques ideally suited for systematic optimization of its thermoelectric performance. In this work, computational thermochemistry, combinatorial synthesis, and high-throughput characterization are combined to obtain a complete map of the thermoelectric power factor for the Ti–Ni–Sn system. The role of the chemical potential of the constituents in determining the detailed nonstoichiometric composition of the intermetallic half-Heusler phase TiNiSn is elucidated. This work not only confirms the assumption of a large phase-width in terms of Ni surplus but also demonstrates that TiNiSn phases with a relatively large Ti surplus can be produced. This can serve as a new route for achieving high carrier concentrations by self-doping in the ternary system Ti–Ni–Sn. The defect thermochemistry calculations for the carrier concentration are in excellent agreement with the experimental results. The findings of this work suggest new ways of improving the thermoelectric performance of half-Heusler phases such as TiNiSn.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/108657/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Unraveling Self-Doping Effects in Thermoelectric TiNiSn Half-Heusler Compounds by Combined Theory and High-Throughput Experiments
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Wambach, MatthiasChair of MEMS Materials, Institute for Materials, Ruhr-University Bochum, Universitaetsstrasse 150, D-44801 Bochum, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stern, RobinCMAT, ICAMS, Ruhr-University Bochum, Universitaetsstrasse 150, D-44801 Bochum, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bhattacharya, SandipCMAT, ICAMS, Ruhr-University Bochum, Universitaetsstrasse 150, D-44801 Bochum, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ziolkowski, PawelGerman aerospace center, Institute of materials research, Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Müller, EckhardGerman aerospace center, Institute of materials research, Köln, Germany and Justus Liebig university Giessen, Institute of inorganic and analytical chemistry, 35392 Giessen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Madsen, Georg K.H.CMAT, ICAMS, Ruhr-University Bochum, Universitaetsstrasse 150, D-44801 Bochum, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ludwig, AlfredChair of MEMS Materials, Institute for Materials, Ruhr-University Bochum, Universitaetsstrasse 150, D-44801 Bochum, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Februar 2016
Erschienen in:Advanced Electronic Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:2
DOI:10.1002/aelm.201500208
Seitenbereich:Seite 1500208
Verlag:Wiley
ISSN:2199-160X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Combinatorial materials science, Half-Heusler compound, High-throughput characterization, Thermoelectrics
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Hinterlegt von: Yasseri, Mohammad
Hinterlegt am:16 Feb 2017 07:18
Letzte Änderung:08 Mär 2018 18:40

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