نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک، دانشکدۀ علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

2 استاد، گروه فیزیک، دانشکدۀ علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

چکیده

چکیده
در این کار با استفاده از محاسبات نظری به بررسی خواص ساختاری و اپتیکی مانند ضریب شکست، ضریب خاموشی، ضریب جذب، ضریب بازتاب و رسانندگی اپتیکی ترکیب کلکوژنیدی Ag2SiS3 که دارای ساختار کریستالی مونوکلینیک می‌باشد، پرداخته می‌شود. در این کار از نظریۀ تابعی چگالی در تقریب LDA با روش شبه‌پتانسیل استفاده شده است که از نمودار چگالی حالت‌ها مقدار گاف نواری را eV 2/1،eV 4/1 و eV 37/2 به ترتیب در تقریب LDA، LDA+U و HSE با شبه‌پتانسیل بار پایسته بدست آمد. همچنین مقدار مدول حجمی نیز بترتیب GPa 81 در LDA و GPa 4/79 در LDA+U و GPa 5/76 در HSE به دست آمده است. در نهایت به بررسی خواص اپتیکی مانند ضریب شکست، ضریب خاموشی، ضریب جذب ، ضریب بازتاب و رسانندگی اپتیکی پرداخته شد که از بررسی خواص اپتیکی مقدار گاف اپتیکی که از ضریب جذب به‌دست می‌آید با مقدار گاف نواری انطباق خوبی دارد که مقدار ضرایب اپتیکی در راستاهای مختلف به دلیل ناهمسانگرد بودن ساختار، متفاوت است. مقدار گاف اپتیکی که از نمودار ضریب جذب خوانده شد در تقریب LDA، LDA+U و HSE به ترتیب eV 27/1 ، eV 4/1 و eV 37/2 به دست آمده از بررسی‌های اپتیکی مشخص گردید این ترکیب دارای قابلیت خوبی برای کاربرد در سلول خورشیدی و مواد اپتوالکترونیک است.

کلیدواژه‌ها

[1] Eggleton, B.J., B. Luther-Davies, and K. Richardson, "Chalcogenide photonics, Nature photonics", 5(3), 141-148, 2011.
[2] Oh, S.J., et al., "Stoichiometric control of lead chalcogenide nanocrystal solids to enhance their electronic and optoelectronic device performance", ACS nano, 7(3), 2413-2421, 2013.
[3] Han, J., et al., "Manipulate Electronic and Magnetic Properties of Two-Dimensional Manganesej Chalcogenides via Hydrogenation", The Journal of Physical Chemistry C, 127(37, 18662-18668, 2023.
[4] Ahluwalia, G.K., "Applications of chalcogenides: S, Se, and Te", Springer, 2016
[5] Mishra, P., et al., "Two-dimensional boron monochalcogenide monolayer for thermoelectric material", Sustainable Energy & Fuels, 4(5), 2363-2369, 2020.
[6] Devika, R., P. Vengatesh, and T. Shyju, "Review on ternary chalcogenides: Potential photoabsorbers", Materials Today, Proceedings, 2023.
[7] Cheng, K., et al., "Electronic structures and photovoltaic applications of vdW heterostructures based on Janus group-IV monochalcogenides: insights from first-principles calculations", Physical Chemistry Chemical Physics, 25(7), 5663-5672, 2023.
[8] Yang, R., et al., "2D transition metal dichalcogenides for photocatalysis", Angewandte Chemie International Edition, 62(13), e202218016, 2023.
[9] Ojo, O.P., et al., "Electronic and Thermal Properties of the Cation Substitution-Derived Quaternary Chalcogenide CuInSnSe4". Inorganic Chemistry, 2023.
[10]      Rudysh, M.Y., et al., "First-principles analysis of physical properties anisotropy for the Ag2SiS3 chalcogenide semiconductor", Journal of Alloys and Compounds, 826, 154232, 2020.
[11]      Ahluwalia, G.K., "Fundamentals of chalcogenides in crystalline, amorphous, and nanocrystalline forms. Applications of Chalcogenides: S, Se, and Te", 3-60. 2017.
[12]      Nakashima, M., et al., "Fabrication of (Cu, Ag) 2SnS3 thin films by sulfurization for solar cells", Thin Solid Films, 642, 8-13, 2017.
[13]      Siebentritt, S. and S. Schorr, "Kesterites—a challenging material for solar cells", Progress in photovoltaics: Research and Applications, 20(5), 512-51, 2012.
[14]      Liu, M.L., et al., "Improved thermoelectric properties of Cu‐doped quaternary chalcogenides of Cu2CdSnSe4", Advanced Materials, 21(37), 3808-3812, 2009.
[15]      Wu, C., et al., "Hexagonal Cu2SnS3 with metallic character: Another category of conducting sulfides", Applied physics letters, 91, 2007.
[16]      Ming, H., et al., "Boosting thermoelectric performance of Cu2SnSe3 via comprehensive band structure regulation and intensified phonon scattering by multidimensional defects", ACS nano, 15(6), 10532-1054, 2021.
[17]      Reddy, V.R.M., et al., "Review on Cu2SnS3, Cu3SnS4, and Cu4SnS4 thin films and their photovoltaic performance", Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 76, 39-74, 2019.
[18]      Ranjan, P., K. Balasubramanian, and T. Chakraborty, "DFT Investigation of Structural and Optoelectronic Properties of Glassy Chalcogenide CuXY2 (X= Sb, Bi; Y= S, Se, Te) Molecules", Journal of Physics D: Applied Physics, 2023.
[19]      Aruga, A. and Y. Okamoto, "Structure and photoacoustic spectra of Ag-doped Cu2SiS3 particles", Japanese journal of applied physics, 45(5S), 461, 2006.
[20]      Giannozzi, P., et al., "QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials", Journal of physics: Condensed matter, 21(39), 395502, 2009.
[21]      Butt, M.K., et al., "A DFT study of structural, magnetic, elastic and optoelectronic properties of lanthanide based XAlO3 (X= Nd, Gd) compounds", Journal of Materials Research and Technology, 9(6), 16488-16496, 2020.
[22]      Zhbankov, O., et al., "Crystal structure of the Ag2SiS3 compound", Journal of alloys and compounds, 509(12), 4372-4374, 2011.
[23]      Murnaghan, F.D., "The compressibility of media under extreme pressures", Proceedings of the National Academy of Sciences, 30(9), 244-247, 1944.
[24]      Rahman, S., et al., "Structural, electronic, optical and mechanical properties of oxide-based perovskite ABO3 (A= Cu, Nd and B= Sn, Sc): A DFT study", Journal of Solid State Chemistry, 317, 123650, 2023.
[25]      Deng, J. and Z.-Y. Zhao, "Electronic structure and optical properties of bismuth chalcogenides Bi2Q3 (Q= O, S, Se, Te) by first-principles calculations", Computational Materials Science, 142, 312-319, 2018.
[26]      Halder, S., et al., "Investigating the optical, photosensitivity and photocatalytic properties of double perovskites A2LuTaO6 (A= Ba, Sr): a combined experimental and density functional theory study", Ceramics International, 45(12), 15496-15504, 2019.