Etude des propriétés optiques, structurales et vibrationnelles en infrarouge des matériaux semi-conducteurs en vue d’application photovoltaïque

Abstract

Dans ce manuscrit, nous avons étudié les propriétés structurales, élastiques, électroniques, optiques, vibrationnelles et thermodynamiques sous l'effet de la pression hydrostatique des matériaux chalcopyrites des composés ternaires CdXP2 (X= Ge, Si), LiXTe2 (X= Ga, Al) et quaternaire Cu2CdGeSe4. L’optimisation structurelle et les propriétés vibrationnelles ont été obtenues à l’aide du code VASP (Vienna Ab-initio Simulation Package) dans le cadre de la théorie de la densité fonctionnelle (DFT). Tous les calculs ont été effectués dans le cadre de l’approximation de gradient généralisée (GGA) avec la fonction de corrélation d’échange de Perdew-Burke-Ernzernhof, l’approximation de la densité locale (LDA), l’approximation du gradient généralisé amélioré (GGA-PBESol) et l’approximation GGA plus la correction de Hubbard (GGA + U). Les paramètres structuraux à l’état fondamental ont été calculés et comparés aux résultats disponibles. Les paramètres de maille ont été estimés pour tous les composés étudiés. Les constantes élastiques de ces composés o n t été calculées et employées dans l’étude de la stabilité mécanique. Une analyse des spectres de dispersion et des densités d’états d e s phonons ont été faites afin de vérifier leurs stabilités dynamiques et comprendre la contribution des phonons dans le transport thermique dans ces matériaux. De plus, une étude sur les propriétés électroniques et optique a été mené en calculant les structures de bandes, les densités de charges, ... Les propriétés thermodynamiques des matériaux étudiés, telles que l'énergie libre de Helmholtz F, l'énergie interne E, l'entropie S et la capacité thermique CV, les paramètres de grünstein ont été prédit à l’aide de l'approximation quasi-harmonique.

In this manuscript, we have studied the structural, elastic, electronic, optical, vibrational and thermodynamic properties under the effect of hydrostatic pressure of chalcopyrite materials of ternary compounds CdXP2 (X = Ge, Si), LiXTe2 (X = Ga, Al) and quaternary Cu2CdGeSe4. The structural optimization and vibrational properties were obtained using the Vienna Ab-initio Simulation Package (VASP) code within the framework of functional density theory (DFT). All calculations were performed under the generalized gradient approximation (GGA) with the Perdew-Burke-Ernzernhof exchange correlation function, the local density approximation (LDA), the gradient approximation generalized improved (GGA-PBESol) and the GGA approximation plus Hubbard's correction (GGA + U). During our study, different structural phases were examined. The structural parameters at the ground state were calculated and compared with the available results. All mesh parameters were estimated for the compounds studied. The elastic constants of these compounds were calculated and used in the study of mechanical stability. An analysis of the dispersion spectra and state densities of the phonons was done in order to verify their dynamic stabilities and understand the contribution of phonons in thermal transport in these materials. In addition, a study on the electronic and optical properties was carried out by calculating the band structures, the charge densities, ... The thermodynamic properties of the materials studied, such as the free energy of Helmholtz F, the internal energy E, entropy S and heat capacity CV, the grünstein parameters were predicted using the quasi-harmonic approximation.