揭示Cs2HgM（M = Se, Te）半导体的光电与热电特性及其在可持续能源技术中的应用潜力

本研究通过第一性原理计算系统探究了Cs2HgM（M = Se, Te）半导体的电子结构、光学及热电性能，为解决太阳能高效转换与废热回收难题提供了新材料设计思路。结果表明，该材料具有理想间接带隙（1.43-1.63 eV）、可见光区高吸收系数（～104 cm?1）和低热导率，兼具光伏与热电双功能特性，为开发低成本可持续能源器件奠定理论基础。

　　

在能源危机与环境污染的双重压力下，开发高效、低成本的可持续能源材料成为全球研究热点。传统硅基太阳能电池面临转换效率瓶颈，而热电材料则受限于高导热率导致的能量损耗。汞基硫族化合物因其独特的电子轨道杂化和重原子效应，在光电与热电领域展现出特殊潜力，但毒性问题长期制约其应用。近期研究发现，汞与硒的毒性拮抗作用可能缓解安全风险，而铯(Cs)的引入可进一步调控材料能带结构。

King Saud University的研究团队通过第一性原理计算，系统研究了新型三元硫族化合物Cs₂HgM（M = Se, Te）的多尺度物性。采用全势线性缀加平面波法(FP-LAPW)结合Wu-Cohen广义梯度近似(WC-GGA)和TB-mBJ势，精确计算了材料的电子结构、光学响应函数和热电输运系数。通过分析态密度(DOS)和能带结构，发现Cs的d轨道主导导带(3.5-6.0 eV)，而p轨道贡献微弱。

结构特性分析显示，Cs₂HgSe和Cs₂HgTe均结晶为正交晶系Immm空间群，Cs-Hg键长分别为4.08 ?和4.18 ?。电子结构研究表明二者均为间接带隙半导体，带隙值位于1.43-1.63 eV的理想光伏区间。光学计算证实其在可见光-近红外区具有>10⁴ cm^?1的高吸收系数，显著优于传统硅材料。热电性能方面，Seebeck系数与电导率的协同优化使ZT值突破1.0，同时0.8 W/mK的超低晶格热导率有效抑制了能量耗散。

该研究首次揭示Cs₂HgM材料兼具光伏-热电双功能特性：其宽带光吸收特性适用于太阳能电池光活性层，而高载流子迁移率(>300 cm²/V·s)和低热导率则满足热电材料设计要求。理论预测这类材料可通过能带工程实现15%以上的光电转换效率，同时废热回收效率达8%-12%。研究还发现Cs原子替换可调控声子散射路径，为后续实验合成提供了明确的元素掺杂策略。

这项发表于《Inorganic Chemistry Communications》的工作，不仅为汞基材料的毒性问题提供了解决方案，更开辟了多元硫族化合物在能源转换领域的新应用方向。通过理论计算与性能预测的深度融合，加速了新型功能材料的研发进程，对实现"双碳"目标下的能源结构转型具有重要指导意义。