Entschlüsselung des Zusammenspiels zwischen Defekten, Dotierelement und thermoelektrischen Eigenschaften in p-dotiertem Mg2X (X=Si, Ge, Sn)

• Antragsteller: Dr. Johannes de Boor
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396709363

Thermoelektrische Materialien können Prozess- und Abwärme mittels eines festkörperphysikalischen Effektes direkt in nutzbare elektrische Energie umwandeln. Sie sind daher eine attraktive Möglichkeit die Energieeffizienz vieler industrieller Prozesse zu erhöhen und so den Verbrauch an fossilen Energieträgern zu verringern. Insbesondere zwischen 500 K und 800 K gibt es vielfältige Anwendungsmöglichkeiten der thermoelektrischen Abwärmenutzung, in diesem Temperaturbereich sind n-dotierte Mischkristalle auf Magnesiumsilizidbasis Mg2X (X = Si, Ge, Sn) unter den vielversprechendsten thermoelektrischen Materialien. Die komplementären p-dotierten Materialien sind im Vergleich dazu deutlich schlechter und bleiben hinter den theoretisch erwarteten Eigenschaften zurück. Unsere Analyse der vorhandenen experimentellen Ergebnisse sowie aktuelle Berechnungen deuten an, dass Defekte in der Kristallstruktur einen wesentlichen Einfluss auf die thermoelektrischen Eigenschaften von p-dotiertem Mg2X haben könnten.Mit den hier vorgeschlagenen Arbeiten möchten wir daher die Zusammenhänge zwischen thermoelektrischen Eigenschaften, Materialzusammensetzung und Defektkonzentrationen aufdecken. Mittels einer kontrollierten Variation der Materialzusammensetzung/Prozessparameter und einer einhergehenden Mikrostrukturanalyse sollen quantitative Beziehungen zwischen Defektkonzentrationen und experimentellen Herstellungsparametern ermittelt werden. Die Analyse thermoelektrischer Transportgrößenmessungen erlaubt dann die physikalische Modellierung des Einflusses von Defekten auf die thermoelektrischen Eigenschaften. Die erhaltenen Zusammenhänge legen wiederum die Basis für eine semianalytische Modellierung der thermoelektrischen Eigenschaften unter Berücksichtigung von Defekten und weisen so den Weg für eine weitere Verbesserung von p- Mg2X.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Indien
• Kooperationspartner: Professor Titas Dasgupta; Dr. Klaus Habicht; Professor Dr. Christian Heiliger; Professor Dr. Peter J. Klar; Professor Dr. Benedikt Klobes
• Mitverantwortliche: Dr. Hasbuna Kamila; Professor Dr. Wolf Eckhard Müller