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Non-Rigid Band Structure in Mg2Ge for Improved Thermoelectric Performance

Kamila, Hasbuna und Sankhla, Aryan und Yasseri, Mohammad und Müller, Eckhard und de Boor, Johannes (2020) Non-Rigid Band Structure in Mg2Ge for Improved Thermoelectric Performance. Advanced Science, 7 (200007). Wiley. doi: 10.1002/advs.202000070. ISSN 2198-3844.

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Kurzfassung

Magnesium silicide and its solid solutions are among the most attractive materials for thermoelectric generators in the temperature range of 500–800 K. However, while n‐type Mg2(Si,Ge,Sn) materials show excellent thermoelectric performance, the corresponding p‐type solid solutions are still inferior, mainly due to less favorable properties of the valence bands compared to the conduction bands. Here, Li doped Mg2Ge with a thermoelectric figure of merit zT of 0.5 at 700 K is reported, which is four times higher than that of p‐type Mg2Si and double than that of p‐type Mg2Sn. The reason for the excellent properties is an unusual temperature dependence of Seebeck coefficient and electrical conductivity compared to a standard highly doped semiconductor. The properties cannot be captured assuming a rigid band structure but well reproduced assuming two parabolic valence bands with a strong temperature dependent interband separation. According to the analysis, the difference in energy between the two bands decrease with temperature, leading to a band convergence at around 650 K and finally to an inversion of the band positions. The finding of a combination of a light and a heavy band that are non‐rigid with temperature can pave the way for further optimization of p‐type Mg2(Si,Ge,Sn).

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/137152/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Non-Rigid Band Structure in Mg2Ge for Improved Thermoelectric Performance
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kamila, Hasbunagerman aerospace center, institute of materials research, köln, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sankhla, Aryangerman aerospace center, institute of materials research, köln, germanyhttps://orcid.org/0000-0002-1527-6902NICHT SPEZIFIZIERT
Yasseri, Mohammadgerman aerospace center, institute of materials research, köln, germany and justus liebig university giessen, institute of inorganic and analytical chemistry, 35392 giessen, 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
de Boor, JohannesGerman aerospace center, institute of materials research, köln, germanyhttps://orcid.org/0000-0002-1868-3167NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:30 April 2020
Erschienen in:Advanced Science
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:7
DOI:10.1002/advs.202000070
Verlag:Wiley
ISSN:2198-3844
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Band structure; Mg2Ge; Thermoelectric
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HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - NGC Antriebssystem und Energiemanagement (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Thermoelektrische Materialien und Systeme
Hinterlegt von: Frank, Adina
Hinterlegt am:06 Nov 2020 10:21
Letzte Änderung:23 Okt 2023 12:08

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