Analysis of thermoelectric materials with atomic spectrometric methods

Abstract

In this work a procedure based on ICP-OES has been developed for the precise determination of the main components of thermoelectric layer samples. Relative confidence intervals down to 0.2% have been achieved (compare Tables 4.2 and 4.3). This is low enough to detect deviations from the optimum stoichiometry, which would lead to a significant decrease in thermoelectric performance (compare Figure 4.10).

With XRD it could be shown that in dependence on the deposition conditions the material structures can be significantly improved. Crystallite sizes can be increased by a factor of 5 .from 120 nm for layers deposited at direct current conditions to 600 nm for samples deposited at pulsed current conditions5 (compare Table 4.10).

As bulk impurities the elements Ca, Cu, Fe, K, Mg, Na, Ni and Zn could be determined as contaminations in concentrations down to 0.1 _g_ L

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Verfahren auf der Basis von ICP-OES f¨ur die präzise Bestimmung der Hauptbestandteile von thermoelektrischen Proben, welche elektrochemisch abgeschieden wurden, entwickelt. Relative Vertrauensintervalle bis zu 0.2% konnten für die Analysenergebnisse erreicht werden (vergleiche die Tabellen 4.2 und 4.3). Dies ist genügend gut um Abweichungen von der angestrebten optimalen Stöchiometrie feststellen zu können. Diese Abweichungen würden zu einem signifikanten Verlust an thermoelektrischer Leistungsfähigkeit führen (vergleiche bildung4.10).

Mittels XRD konnte gezeigt werden, dass die Kristallstrukturen der thermoelektrischen Materialien durch Optimierung der Bedingungen der elektrochemischen Abscheidung signifikant verbessert werden können. Die Kristallitgröße konnte durch einen Wechsel von konstantem Abscheidepotential zu gepulsten Abscheidepotentialen um einen Faktor 5 von 120 nm auf 600 nm gesteigert werden5 (vergleiche Tabelle 4.10).

Als Verunreinigungen wurden die Elemente Ca, Cu, Fe, K, Mg, Na, Ni, und Zn gefunden. Dabei konnten Konzentrationen bis hinunter zu 0.1 _g_ L