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Native point defects and low p-doping efficiency in Mg2(Si,Sn) solid solutions: A hybrid-density functional study

Ryu, Byungki und Choi, Eun-Ae und Chung, Jaywan und de Boor, Johannes und Ziolkowski, Pawel und Müller, Eckhard und Park, Su Dong (2020) Native point defects and low p-doping efficiency in Mg2(Si,Sn) solid solutions: A hybrid-density functional study. Journal of Alloys and Compounds, 853 (157145). Elsevier. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.157145. ISSN 0925-8388.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
712kB

Kurzfassung

We perform hybrid-density functional calculations to investigate the charged defect formation energy of native point defects in Mg2Si, Mg2Sn, and their solid solutions. The band gap correction by hybriddensity functional is found to be critical to determine the charged defect density in these materials. For Mg2Si, Mg interstitials are dominant and provide unintentional n-type conductivity. Additionally, as the Mg vacancies can dominate in Mg-poor Mg2Sn, p-type conductivity is possible for Mg2Sn. However, the existence of low formation energy defects such as MgSn 1þ and IMg 2þ in Mg2Sn and their diffusion can cause severe charge compensation of hole carriers resulting in low p-type doping efficiency and thermal degradation. Our results indicate that, in addition to the extrinsic doping strategy, alloying of Mg2Sn with Mg2Si under Mg-poor conditions would be necessary to enhance the p-type conductivity with less charge compensation.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/137149/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Native point defects and low p-doping efficiency in Mg2(Si,Sn) solid solutions: A hybrid-density functional study
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ryu, ByungkiEnergy Conversion Research Center, Electrical Materials Research Division, Korea Electrotechnology Research Institute (KERI), Changwon, KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Choi, Eun-AeComputational Materials Department, Materials Processing Innovation Research Division, Korea Institute of Materials Science (KIMS), Changwon, KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chung, JaywanEnergy Conversion Research Center, Electrical Materials Research Division, Korea Electrotechnology Research Institute (KERI), Changwon, KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
de Boor, JohannesGerman aerospace center, institute of materials research, köln, germanyhttps://orcid.org/0000-0002-1868-3167NICHT 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
Park, Su DongEnergy Conversion Research Center, Electrical Materials Research Division, Korea Electrotechnology Research Institute (KERI), Changwon, KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:15 September 2020
Erschienen in:Journal of Alloys and Compounds
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:853
DOI:10.1016/j.jallcom.2020.157145
Verlag:Elsevier
ISSN:0925-8388
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Thermoelectric, Native defects, Hybrid-DFT, Conductivity, Charge compensation, Doping efficiency
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Systemtechnologien (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Thermoelektrische Materialien und Systeme
Hinterlegt von: Frank, Adina
Hinterlegt am:06 Nov 2020 09:39
Letzte Änderung:15 Sep 2022 03:00

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