Zintl AM2Pn2 bileşiklerinin haritası

       AM2Pn2 (A= Ca, Sr, Ba, Yb, Mg; M = Zn, Cd, Mg; ve Pn = N, P, As, Sb, Bi) Zintl fazları ailesi, termoelektrik malzemeler olarak bilinmektedir ve son zamanlarda tek bağlantılı ve tandem güneş pillerinde yüksek umut vadeden güneş emici malzemeler olarak büyük ilgi görmektedir. Bu makalede, ilk prensiplerden yola çıkarak, AM2Pn2 bileşiklerinin tamamını temel durum yapıları, termodinamik kararlılıkları ve elektronik yapıları açısından inceleyeceğiz. Ayrıca, sonuçlarımızı doğrulamak için yığın toz ve ince film numuneleri üzerinde fotolüminesans spektroskopisi uyguluyoruz; buna SrCd2P2 ve CaCd2P2'nin bant aralıklarının ilk ölçümleri de dahil.

      AM2Pn2 bileşikleri geniş bir kararlılık sergiler, çoğunlukla CaAl2Si2 (P3̅m1) ile izostrüktürel olup, 0'dan 3 eV'un ötesine kadar geniş bir bant aralığına sahiptir. Bu durum, onları çeşitli amaçlar için kullanışlı hale getirebilir; örneğin, tandem üst hücre güneş emicileri için CaZn2N2 ve kızılötesi dedektörler için SrCd2Sb2 ve CaZn2Sb2 gibi çeşitli adaylar öneriyoruz. AM2Pn2'nin bant yapılarını inceleyerek, Mg3Sb2'nin, burada incelenen bileşimler arasında benzersiz olan birkaç Γ dışı değerlik bandı cebi nedeniyle, termoelektrik malzeme olarak en fazla umut vaat ettiğini buluyoruz.

      Burada, ilk prensipler hesaplamaları kullanarak, AM2Pn2 bileşiklerinin faz kararlılığını ve elektronik bant yapısını geniş bir bileşim yelpazesinde sistematik olarak inceledik ve burada incelenen bileşimlerin çoğunluğunun kararlı ve izostrüktürel olduğunu ve bunların geniş bir bant aralığına sahip olduğunu bulduk. Bant aralığı genellikle Pn kütlesi azaldıkça artar; bizmutidler çoğunlukla metalik iken, bazı nitrürler 3 eV'tan büyük bant aralıklarına sahiptir. Sonuçları deneysel literatürle karşılaştırıyor ve bunları yeni deneysel sonuçlarla tamamlıyoruz. Çalışmamız, iyi kurulmuş AM2Pn2 bileşiklerini anlamak, sentezlenecek yeni AM2Pn2 bileşikleri önermek ve belirli kimyalar için özel uygulamalar önermek için kullanılabilir.