Étude DFT des propriétés électroniques et optiques de nouveaux semiconducteurs pour la conversion de l'énergie

Abstract

En utilisant la méthode FP-LAPW, les paramètres structurales, électroniques et optiques des composés de bismuth ternaires BiGa2X4 (X=S, Se) dans la structure tétragonale sont systématiquement étudiés. Les paramètres structuraux calculés, tels que la constante du réseau dans le plan, le paramètre de réseau hors du plan et le rapport axial (a, c, c/a), ainsi que les positions atomiques, sont cohérents avec les résultats expérimentaux. En utilisant les approximations LDA, mBJ-LDA, les résultats de la structure de bandes révèlent que BiGa2X4 (X=S, Se) sont des semiconducteurs à bande interdite indirecte de (A → M-Γ) et (M → A) pour BiGa2S4 et BiGa2Se4 respectivement. Les bandes interdites obtenues sont Eg = 2,504 eV et Eg = 1,878 eV en utilisant l'approximation LDA, ce qui correspond bien aux résultats expérimentaux de 2,1 eV et 1,8 eV pour BiGa2S4 et BiGa2Se4 respectivement. Les interactions p-p entre les atomes de bismuth et de soufre et le sélénium (Bi et S, Se) sont responsables de la majorité de l'écart énergétique dans les matériaux. La constante diélectrique statique ε1(0) et l'indice de réfraction n(0) augmentent de BiGa2S4 à BiGa2Se4. On observe également que les composés BiGa2S4 et BiGa2Se4 se situent dans la région UV et ces matériaux peuvent être de bons candidats pour les photodétecteurs UV, les émetteurs de lumière UV et les applications d'électronique de puissance en raison de leurs limites d'absorption fondamentales et de leurs pics d'absorption les plus élevés.