第一性原理研究单层Ge2X4S2(X=P,As)的热电性能

摘要：

单层Ge2X4S2(X=P,As)是最近预测的一种二维层状材料,它们不仅拥有高的光吸收系数,同时还有较高的载流子迁移率,这意味着它们在光电和热电领域可能有较好的应用前景.本文通过第一性原理和玻尔兹曼输运理论系统地研究了这两种材料的热电性质.结果表明,单层Ge2P4S2和Ge2As4S2在室温下展现较低的晶格热导率,沿armchair方向分别为3.93 W·m-1·K-1和3.19 W·m-1·K-1,zigzag方向分别为4.38 W·m-1·K-1和3.79 W·m-1·K-1,这主要是由低的声子群速度、大的格林艾森参数以及小的声子弛豫时间造成的.基于HSE06泛函计算出的能带结构表明单层Ge2As4S2是带隙值为1.21 eV的直接带隙半导体,而单层Ge2P4S2是带隙值为1.13 eV的间接带隙半导体.价带上明显的双重简并现象使得单层Ge2P4S2和Ge2As4S2具有较大的塞贝克系数,其中300 K时沿armchair方向分别达到了 1800 μV·K-1和2070 μV·K-1.对于具有较小晶格热导率和较高功率因子的单层Ge2X4S2而言,它们的热电性能是非常值得期待的.本文计算表明,当处于最佳的n型掺杂时,单层Ge2P4S2和Ge2As4S2在500 K时都具有较高的热电优值,在两个方向的最大值分别为3.06(armc-hair方向)和3.51(zigzag方向),以及3.21(armchair方向)和2.54(zigzag方向),这意味着它们在中温热电应用领域存在较大的应用价值.

关键词：热电性能、层状材料、第一性原理计算

所属期刊栏目：72

分类号：TN304.2;O471.4;TB383

资助基金：国家自然科学基金;资助的课题

在线出版日期：2023-04-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：347-357