DOI: https://doi.org/10.24144/2415-8038.2019.46.54-75

Вплив катіонного заміщення на електронно-енергетичну структуру і оптичні властивості сполук типу Cu2BIVS3(BIV=Si, Ge, Sn)

Д. І. Блецкан, В. В. Вакульчак, Ю. В. Кампов, І. П. Студеняк

Анотація


Першопринципним методом теорії функціонала густини (DFT) в наближенні локальної електронної густини з врахуванням сильних електронних кореляцій в d-оболонці іона міді (метод LDA+U) проведені розрахунки зонної структури, повної і парціальних густин електронних станів та просторового розподілу густини електронного заряду, а також оптичних функцій: діелектричної проникності, показника заломлення, коефіцієнтів відбивання і поглинання моноклінних кристалів типу Cu2B IVS3. Згідно проведених розрахунків моноклінні кристали Cu2B IVS3 є прямозонними напівпровідниками, ширина забороненої зони яких монотонно зменшується зі збільшенням атомного номера катіона B IV (Si→Ge→Sn; 2.46 еВ → 1.5 еВ → 0.93 еВ).


Ключові слова


Електронна структура; Густина станів; Просторовий розподіл валентного заряду; Оптичні функції

Повний текст:

PDF

Посилання


Fabrication of Cu2GeS3-based thin film solar cells by sulfurization of Cu/Ge stacked precursors / H. Araki , K. Chino , K. Kimura, N. Aihara , K. Jimbo , H. Katagiri // Jpn. 69 Uzhhorod University Scientific Herald. Series Physics. Issue 46. — 2019 Appl. Phys. — 2014. — V. 53, № 5S1. — Р. 05FW10–1 – 05FW10–4.

Multistep deposition of Cu2Si(S, Se) 3 and Cu2ZnSiSe4 high band gap absorber materials for thin film solar cells / ElAnzeery H., Buffière M., Ben Messaoud K., Oueslati S., Brammertz G., El Daif O., Cheyns D., Guindi R., Meuris M., Poortmans J. // Phys. Status Solidi (RRL). — 2015. — V. 9, № 6. — P. 338 – 343.

Fabrication of Cu2SnS3 thin-film solar cells with power conversion efficiency of over 4% /Ayaka Kanai, Kotoba Toyonaga, Kotaro Chino, Hironori Katagiri, Hideaki Araki // Jpn. J.Appl. Phys. — 2015. — V. 54, № 8S1. — P. 08KC06–1 – 08KC06–4.

Cu2SnS3 based solar cell with 3% efficiency / Chierchia R., F. Pigna, M. Valentini, C. Malerba,E. Salza, P. Mangiapane, T. olichetti, A. Mittiga // Phys. Stat. Sol. (c). — 2016. — V. 13, №1. — P. 35 – 39.

Secondary phase formation during monoclinic Cu2SnS3 growth for solar cell application / De Wild J., Robert E.V.C., ElAdib B., Abou-Ras D., P.J.Dale // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. — 2016. — V. 157. — P. 259 – 265.

Toyonaga K. Preparation and characterization of CuSixSn1−xS3 / K. Toyonaga, H. Araki //Phys. Stat. Sol. (c). — 2015. — V.12, № 6. — P. 753 – 756.

Syntheses and X-ray Diffraction, Photochemical, and Optical Characterization of CuSixSn1−xS3 (0.4 ≤ x ≤ 0.6) for Photovoltaic Applications / Lafond, A., Cody, J. A.,Souilah, M., Guillot-Deudon, C., Kiebach, R., Bensch, W. // Inorg. Chem. — 2007. — V.46, № 4. — P. 1502 – 1506.

Chen Q. Optical properties and electronic structures of Cu2SnS3, Cu2GeS3, and their solid solution Cu2(Ge, Sn)S3 / Q.Chen, .Maeda , T.Wada // Jpn. J. Appl. Phys. — 2018. — V. 57,№ 8S3. — P. 08RC20–1 – 08RC20–8.

Structural diversity and electronic properties of Cu2SnX3 (X = S, Se): A first-principles investigation / Zhai, Y.-T., Chen, S., Yang, J.-H., Xiang, H.-J., Gong, X.-G., Walsh, A., Wei, S.-H. // Phys. Rev. B. — 2011. — V. 84, №7. — P. 075213–1 – 075213–6.

Electronic and optical properties of Cu2XS3 (X = Si, Ge, Sn): Prospects for photovoltaics /Shaposhnikov V.L., Krivosheeva A.V., Borisenko V.E., Lazzari J.-L. // Sci. Lett. J. — 2012.— V. 1, № 15. — Р. 1 – 5.

Shigemi A. Firstprinciples calculation of Cu2SnS3 and related compounds / A. Shigemi, T.Maeda, T. Wada // Phys. Status Solidi (b). — 2015. — V. 252, № 6. — P. 1230 – 1234.

Valence band splitting in Cu2(Sn, Ge, Si)S3: Effect on optical absorption spectra / de Wild J.,Kalesaki E., Wirtz L., Dale P.J. // Phys. Status Solidi (RRL). — 2017. — V. 11, № 2. — Р.1 – 5.

Dielectric function and double absorption onset of monoclinic Cu2SnS3 : Origin of experimental features explained by first-principles calculations / Crovetto, A., Chen, R., Ettlinger, R. B., Cazzaniga, A. C., Schou, J., Persson, C., Hansen, O. // Sol. Energy Mater.Sol. Cells. — 2016. — V. 154. — P. 121 – 129.

Synthesis, structure, and electronic properties of Cu2SiQ3 (Q = S, Se) / Chen X.-a., Wada H.,Sato A., Nozaki H. // J. Alloys Compd. — 1999. — V. 290. — P. 91 – 96.

De Chalbaud L.M. Synthesis and single-crystal structural study of Cu2GeS3 / L.M. de Chalbaud , G.D. de Delgado , J.M.Delgado // Mater. Res. Bull. — 1997. — V32, № 10.— P. 1371 – 1376.

Crystal structure and twinning of monoclinic Cu2SnS3 / M.Onoda, X.Chen, A.Sato, H.Wada // Mater. Res. Bull. — 2000. — V. 35, № 9. — P. 1563 – 1570.

Hohenberg P. Inhomogeneous Electron Gas / P.Hohenberg, W. Kohn // Phys. Rev. — 1964. — V. 136, № 3. — P. B864 – B871.

Kohn W. Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects / W. Kohn,L.J. Sham // Phys. Rev. — 1965. — V. 140, № 4. — P. A1133 – A1138.

SIESTA is both a method and its computer program implementation, to perform efficient electronic structure calculations and ab initio molecular dynamics simulations of colecules and solids [Електронний ресурс] / Режим доступу : departments.icmab.es/leem/siesta/.

Anisimov V.I. First-principles calculations of the electronic structure and spectra of strongly correlated systems: the LDA+U method / V.I. Anisimov, F. Aryasetiawan, and A.I. Lichtenstein // J. Phys.: Condens. Matter. — 1997. — V. 9, № 4. — P. 767 – 808.

LDA+U/GGA+U calculations of structural and electronic properties of CdTe: Dependence on the effective U parameter / Y. Wu, G. Chen, Y. Zhu, W.-J. Yin, Y.Yan, M. Al-Jassim, S.J.Pennycook // Comput. Mater. Sci. — 2015. — V. 98. — P. 18 – 23.

Chadi D.J. Special Points in the Brillouin Zone / D.J.Chadi and M.L.Cohen // Phys. Rev. B.— 1973. — V. 8, № 12. — P. 5747 – 5753.

Monkhorst H.J. Special points for Brillouin-zone integrations / H.J.Monkhorst and J.D.Pack // Phys. Rev. B. — 1976. — V. 13, № 12. — P. 5188 – 5192.

Bercha D.M. Non-standard anisotropy of the energy spectrum of a layered TlGaSe2 crystal /D.M.Bercha, K.E.Glukhov and M.Sznajder // Phys. Status Solidi (b). — 2011. — V. 248, №6. — Р. 1446 – 1452.

Зейман Дж. Принципы теории твердого тела / Дж. Зейман. — М.: Мир. 1974. — 472 c.

Aruga A. Structure and Photoacoustic Spectra of Ag-doped Cu2SiS3 particles / A.Aruga and Y. Okamoto // Jpn. J. Appl. Phys. — 2006. — V. 45, № 5B. — P. 4616 – 4620.

Thin film solar cells based on the ternary compound Cu2SnS3 / D.M. Berg, R. Djemour, L. Gütay, G. Zoppi, S. Siebentritta, P.J. Dalea // Thin Solid Films. — 2012. — V. 520, № 19. — P. 6291 – 6294.

Соболев В.В., Немошкаленко В.В. Электронная структура твердых тел в области фундаментального края поглощения / В.В. Соболев, В.В. Немошкаленко. — Киев: Наук.

думка, 1992. — 568 с.


Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

ISSN: 2415-8038 (Print).