2025-07-07
AM2Pn2（A = Ca、Sr、Ba、Yb、Mg; M = Zn、Cd、Mg; Pn = N、P、As、Sb、Bi）族のZintl相は、熱電材料として知られており、最近では単接合型およびタンデム型太陽電池の太陽光吸収材として非常に有望な材料として注目を集めています。本論文では、第一原理計算を用いて、AM2Pn2化合物の全ファミリーについて、その基底状態構造、熱力学的安定性、電子構造を調査します。また、バルク粉末および薄膜サンプルに対して光ルミネセンス分光法を行い、SrCd2P2およびCaCd2P2のバンドギャップの最初の測定を含む、結果を検証します。
AM2Pn2化合物は幅広い安定性を示し、ほとんどがCaAl2Si2（P3̅m1）と同構造であり、0から3 eVを超える幅広いバンドギャップをカバーしています。これにより、CaZn2N2をタンデムトップセル太陽光吸収材として、SrCd2Sb2およびCaZn2Sb2を赤外線検出器として提案するなど、さまざまな目的に役立つ可能性があります。AM2Pn2のバンド構造を調べた結果、Mg3Sb2は、ここで研究した組成の中でユニークな、いくつかのオフ-Γ価電子帯ポケットがあるため、熱電材料として最も有望であることがわかりました。
ここでは、第一原理計算を用いて、AM2Pn2化合物の相安定性と電子バンド構造を幅広い組成で体系的に研究し、ここで研究した組成の大部分が安定で同構造であり、幅広いバンドギャップを持っていることを発見しました。バンドギャップは一般的にPnの質量が減少するにつれて増加し、ビスマス化合物はほとんどが金属的である一方、特定の窒化物では3 eVを超えるバンドギャップがあります。結果を実験文献と比較し、新しい実験結果で補完します。私たちの研究は、確立されたAM2Pn2化合物を理解し、合成する新しいAM2Pn2化合物を提案し、特定の化学組成の特定の用途を提案するために使用できます。
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