Decomposed defect formation energy for analysis of doping process: The case of n-type and p-type doping of β-FeSi2

掺杂剂 兴奋剂 热电效应 材料科学 热电材料 离子半径 工作(物理) 离子键合 化学物理 纳米技术 工程物理 热力学 光电子学 化学 离子 物理 有机化学
作者
Jinxiang Chai,Ming Chen,Yi‐Yang Sun
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:123 (25)
标识
DOI:10.1063/5.0177559
摘要

Defect formation energy governs the thermodynamics of a specific dopant within the host material. Here, we introduce an approach to decomposing the defect formation energy into intuitive components, each representing a distinct physical step in the process of defect formation. Through this approach, we illustrate that adhering solely to conventional criteria, such as ionic radius, may overlook potential dopants. Taking β-FeSi2, a promising high-temperature thermoelectric material, as an example, we demonstrate that non-intuitive chemical interactions can play a more significant role in lowering the defect formation energy. As a result, Ir on Fe site is found to exhibit unexpected low defect formation energy among the 26 candidate dopants and has been employed in experiment to enhance the thermoelectric figure of merit of n-type β-FeSi2. The understanding gained from this work could be of general interest for addressing the doping limit issue for other potential thermoelectric materials.
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