Abstract We performed detailed first-principles Density Functional Theory (DFT) Calculations of electronic band structure and predict the effective mass as well as the electronic fitness function S 2 σ τ ( N V ) − 2 3 in the valence and conduction band edges of two Tantalum–Tin based Half-Heusler Alloys. Implementation of a generalized gradient approximation based DFT coupled with Boltzmann's transport theory allows us to determine the power factor at an appropriate chemical potential (and consequently, an optimum carrier concentration) at which other transport properties were determined. In the pure compounds, the electronic fatbands, both in the valence and conduction bands revealed the great influence of the 3-d orbitals of Cobalt atoms in lowering of the energy band gap of compound, while the 5-d Iridium orbitals contribute very little to energy gap lowering. The Seebeck coefficient is found to be hole dependent as well as having a strong dependence on temperature as it decreases with increasing electron carrier concentration in both compounds. At some high temperatures, the Seebeck coefficient developed high shoulders in the Ir-based compound at high hole concentrations close to 10 22 c m − 3 . We found the Co-based compound to be a better thermoelectric, since the Seebeck coefficient shows a heavy-doped traits, while the Ir-based compound demonstrates a parabolic-shaped Seebeck coefficient (which is a sign of a lightly-doped thermoelectric). From the effective mass calculations, we found that an increase in carrier concentrations results in lowering of the effective mass in the conduction band.

中文翻译：

---

两种新发现的 18 价电子稳定半 Heusler TaX(X=Co,Ir)Sn 半导体的能带结构、热电特性、有效质量和电子适应度函数：密度泛函理论方法

摘要 我们对电子能带结构进行了详细的第一性原理密度泛函理论 (DFT) 计算，并预测了两个钽的价带和导带边缘的有效质量和电子适应度函数 S 2 σ τ ( NV ) − 2 3 – 锡基半赫斯勒合金。基于广义梯度近似的 DFT 与玻尔兹曼传输理论的实现使我们能够确定适当化学势（以及最佳载流子浓度）下的功率因数，在该化学势下确定其他传输特性。在纯化合物中，价带和导带中的电子脂肪带揭示了钴原子的 3-d 轨道对降低化合物能带隙的巨大影响，而 5-d 铱轨道对降低能隙的贡献很小。发现塞贝克系数与空穴有关，并且对温度有很强的依赖性，因为它随着两种化合物中电子载流子浓度的增加而降低。在一些高温下，塞贝克系数在接近 10 22 cm - 3 的高空穴浓度下在 Ir 基化合物中产生高肩峰。我们发现 Co 基化合物是更好的热电体，因为 Seebeck 系数显示重掺杂特性，而 Ir 基化合物显示抛物线形 Seebeck 系数（这是轻掺杂热电体的标志）。从有效质量计算中，我们发现载流子浓度的增加导致导带中有效质量的降低。发现塞贝克系数与空穴有关，并且对温度有很强的依赖性，因为它随着两种化合物中电子载流子浓度的增加而降低。在一些高温下，塞贝克系数在接近 10 22 cm - 3 的高空穴浓度下在 Ir 基化合物中产生高肩峰。我们发现 Co 基化合物是更好的热电体，因为 Seebeck 系数显示重掺杂特性，而 Ir 基化合物显示抛物线形 Seebeck 系数（这是轻掺杂热电体的标志）。从有效质量计算中，我们发现载流子浓度的增加导致导带中有效质量的降低。发现塞贝克系数与空穴有关，并且对温度有很强的依赖性，因为它随着两种化合物中电子载流子浓度的增加而降低。在一些高温下，塞贝克系数在接近 10 22 cm - 3 的高空穴浓度下在 Ir 基化合物中产生高肩峰。我们发现 Co 基化合物是更好的热电体，因为 Seebeck 系数显示重掺杂特性，而 Ir 基化合物显示抛物线形 Seebeck 系数（这是轻掺杂热电体的标志）。从有效质量计算中，我们发现载流子浓度的增加导致导带中有效质量的降低。