Abstract Ternary chalcogenides have been of recent investigation for applications in photovoltaic and thermoelectric devices. We study the structural, electronic, optical, and thermoelectric properties of nine ternary chalcogenides, NaAX2, where A represents pnictogens (As, Sb, and Te) and X represents chalcogens (S, Se, and Te). Calculations based on density functional theory yield the following results: (i) phonon dispersion curves predict three of the compounds, NaAsS2, NaSbS2, and NaSbSe2, to be dynamically stable in the monoclinic, C2/c, structure, (ii) the layered atomistic configuration causes the corresponding electronic and optical properties to display a high degree of anisotropy, (iii) A-X electronic bonding features vary significantly with structural distortions arising from atomic size mismatch, therefore directly influencing stability, (iv) strong absorption is observed in the stable compounds, with coefficients ranging from 10 4 to 10 5 cm−1 in the visible-UV range, and (v) remarkably high Seebeck coefficients exceeding 500 µV/K, at carrier concentrations commonly achieved in such materials, are found. From these results, we conclude that NaAsS2, NaSbS2, and NaSbSe2 are suitable candidates for both photovoltaic, particularly in tandem solar cells, and thermoelectric applications. Experimental synthesis and verification are suggested.

中文翻译：

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硫族化合物钠的电子、光学和热电特性：第一性原理研究

摘要 三元硫属化物最近在光伏和热电器件中的应用得到了研究。我们研究了九种三元硫属元素 NaAX2 的结构、电子、光学和热电特性，其中 A 代表色族元素（As、Sb 和 Te），X 代表硫属元素（S、Se 和 Te）。基于密度泛函理论的计算得出以下结果：(i) 声子色散曲线预测三种化合物 NaAsS2、NaSbS2 和 NaSbSe2 在单斜 C2/c 结构中动态稳定，(ii) 层状原子配置导致相应的电子和光学特性显示出高度的各向异性，(iii) AX 电子键合特征随原子尺寸不匹配引起的结构畸变而显着变化，因此直接影响稳定性，(iv) 在稳定的化合物中观察到强吸收，在可见-UV 范围内系数范围为 10 4 到 10 5 cm-1，和 (v) 非常高的塞贝克系数超过 500 µV/K，发现在这些材料中通常达到的载流子浓度。根据这些结果，我们得出结论，NaAsS2、NaSbS2 和 NaSbSe2 是光伏（特别是串联太阳能电池）和热电应用的合适候选者。建议进行实验合成和验证。我们得出结论，NaAsS2、NaSbS2 和 NaSbSe2 是光伏（特别是串联太阳能电池）和热电应用的合适候选者。建议进行实验合成和验证。我们得出结论，NaAsS2、NaSbS2 和 NaSbSe2 是光伏（特别是串联太阳能电池）和热电应用的合适候选者。建议进行实验合成和验证。