Карта соединений Zintl AM2Pn2

       Семейство Zintl-фаз AM2Pn2 (A= Ca, Sr, Ba, Yb, Mg; M = Zn, Cd, Mg; и Pn = N, P, As, Sb, Bi) известно как термоэлектрические материалы и в последнее время привлекает большое внимание как перспективные материалы для солнечных поглотителей в однопереходных и тандемных солнечных элементах. В этой статье мы, исходя из первых принципов, исследуем все семейство соединений AM2Pn2 с точки зрения их структуры основного состояния, термодинамической стабильности и электронной структуры. Мы также проводим спектроскопию фотолюминесценции на образцах порошка и тонких пленок, чтобы подтвердить наши результаты, включая первые измерения ширины запрещенной зоны SrCd2P2 и CaCd2P2.

      Соединения AM2Pn2 демонстрируют широкую стабильность, в основном изоструктурны CaAl2Si2 (P3̅m1) и охватывают широкий диапазон ширины запрещенной зоны от 0 до более 3 эВ. Это может сделать их полезными для различных целей, для которых мы предлагаем несколько кандидатов, таких как CaZn2N2 для тандемных верхних солнечных поглотителей и SrCd2Sb2 и CaZn2Sb2 для инфракрасных детекторов. Изучив зонные структуры AM2Pn2, мы обнаружили, что Mg3Sb2 является наиболее перспективным термоэлектрическим материалом из-за нескольких вне-Γ карманов валентной зоны, которые уникальны для него среди изученных здесь составов.

      Здесь мы систематически изучили фазовую стабильность и электронную зонную структуру соединений AM2Pn2 в широком диапазоне составов, используя расчеты из первых принципов, обнаружив, что большинство изученных здесь составов стабильны и изоструктурны и что они обладают широким диапазоном ширины запрещенной зоны. Ширина запрещенной зоны обычно увеличивается по мере уменьшения массы Pn; в то время как висмутиды в основном металлические, некоторые нитриды имеют ширину запрещенной зоны более 3 эВ. Мы сравниваем результаты с экспериментальной литературой и дополняем их новыми экспериментальными результатами. Наша работа может быть использована для понимания хорошо зарекомендовавших себя соединений AM2Pn2, предложения новых соединений AM2Pn2 для синтеза и предложения конкретных применений для определенных химических составов.