Skip to Main content Skip to Navigation
Theses

Hybrid functionals approach for the study of the properties of complex materials for photovoltaic applications

Abstract : Les propriétés électriques des semiconducteurs sont fortement influencées par le type de dopants et défauts insérés ou formés lors de leur synthèse. Dans le domaine du photovoltaïque, ces défauts vont fortement dégrader l’efficacité et la durabilité des cellules solaires. Dans ce contexte, les méthodes de simulation ab-initio, Hartree-Fock (HF) ou la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), sont pertinentes pour une compréhension de ces différents effets nécessaire à l’optimisation des matériaux. Cependant, l’obtention d’une bonne description des propriétés requiert l’utilisation d’approches sophistiquées, comme GW, coûteuses en temps de calcul. Ainsi, les approches pragmatiques basées sur les fonctionnelles hybrides, combinant HF et DFT, représentent une alternative intéressante. Dans un premier temps, des fonctionnelles hybrides ont été optimisées afin d’avoir une bonne description de l’énergie de bande interdite pour différents composés : Si, Ge, SiGe, les III-V et les chalcopyrites (CIGS). Les résultats obtenus avec cette approche semi-empirique ont été confrontés à ceux de la littérature et notamment à ceux obtenus au niveau GW. La description des propriétés électroniques est similaire à celle obtenue au niveau GW. L’évolution en température de différentes données thermodynamiques a aussi été abordée via l’approximation quasi-harmonique Pour celles-ci et les matériaux étudiés, les approches hybrides n’apportent pas d’amélioration par rapport aux fonctionnelles existante mais permettent une description cohérente des matériaux. Dans un second temps, ces fonctionnelles ont été utilisées pour réaliser une étude systématique de l’impact de la composition chimique sur les propriétés des CIGS pour des cellules solaires de type tandem. Tout d’abord, elles ont permis de déterminer les compositions, propriétés structurales et électroniques des CuGaxIn1-x(SySe1-y)2 avec des gaps donnés pour ce type d’application. Ensuite, l’effet de l’insertion des alcalins dans les CIGS a été abordé. L’accent a été porté sur la substitution du Cu par le Li, Na, K, Rb et Cs. Leur impact sur le gap a été interprété en terme d’évolution structurale et stabilité thermodynamique de différentes phases cristallines pouvant exister dans le matériau. Enfin, les défauts ponctuels de H, Fe et B dans le silicium ont été modélisés pour une étude concernant la dégradation induite par la lumière à haute température, un des mécanismes de vieillissement des cellules à base de silicium.
Document type :
Theses
Complete list of metadatas

Cited literature [342 references]  Display  Hide  Download

https://hal.univ-lorraine.fr/tel-02860746
Contributor : Thèses Ul <>
Submitted on : Monday, June 8, 2020 - 3:27:02 PM
Last modification on : Friday, December 11, 2020 - 12:42:03 PM

File

DDOC_T_2019_0308_LAFOND.pdf
Files produced by the author(s)

Identifiers

  • HAL Id : tel-02860746, version 1

Citation

Fabien Lafond. Hybrid functionals approach for the study of the properties of complex materials for photovoltaic applications. Chemical Sciences. Université de Lorraine, 2019. English. ⟨NNT : 2019LORR0308⟩. ⟨tel-02860746⟩

Share

Metrics

Record views

90

Files downloads

449