Selenizing Possibilities of Cu2HgSnS4—i.e., Cu2HgSn(SexS1−x)4 Compound Semiconductor: Potential Candidate for Solar Photovoltaics and Photodetectors

带隙 材料科学 凝聚态物理 态密度 原子轨道 吸收边 电荷密度 密度泛函理论 价(化学) 热电效应 物理 化学 计算化学 热力学 量子力学 电子
作者
Sumit Kukreti,Surbhi Ramawat,Ambesh Dixit
出处
期刊:Physica Status Solidi B-basic Solid State Physics [Wiley]
卷期号:260 (4) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/pssb.202200524
摘要

Herein, the authors report the optoelectronic and mechanical properties of Cu 2 HgSn(Se x S 1− x ) 4 alloy (0 ≤ x ≤ 1) using density‐functional calculations. The alloy exhibits a range of bandgap 1.33–0.81 eV with small bowing 0.395, preserving direct nature at Γ point for any value of x . Hubbard parameter of ≈0.52 Ry is considered viewing the strongly correlated Cu‐3 d and Hg‐4 d orbitals, together with modified Becke–Johnson potential with spin–orbit coupling, to ensure accurate eigenvalues. When analyzing the charge density with a Bader charge analysis, decreasing ionic character with increasing Se concentrations is observed. The noticed elastic constant also satisfies the Born–Huang criteria and exhibits the ductile nature of Cu 2 HgSn(Se x S 1− x ) 4 system, making it a good candidate for flexible devices. The partial density of states highlights the dominance of Cu‐ d states in the valence band edge, while the conduction band edge majorly emerges with Se states. In addition, the absorption coefficient is also found at ≈10 4 cm −1 , and a rising degree of polarization is seen when approaching x = 1. This study provides the potential of Cu 2 HgSn(Se x S 1− x ) 4 alloy system for a photo‐absorber layer in graded and tandem thin‐film solar cells together with low‐bandgap Cu 2 HgSnSe 4 as a suitable material for an infrared detector and thermoelectric applications.

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