Etude par DFT des propriétés photovoltaïques d’un nouveau matériau azoïque

Abstract

La présente étude concerne la détermination des propriétés structurales et électroniques d’un nouveau matériau azoïque synthétisé, de formule chimique C18H18Cl2N2 et d’acronyme AZ1. Tout d’abord, des calculs théoriques à l’aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), implémenté sous le logiciel Gaussian 09, ont été effectués pour modéliser le système moléculaire, composant le matériau azoïque étudié. Les résultats des paramètres géométriques (distances interatomiques, angles de valence, angles dièdre), obtenus précédemment par la résolution structurale à partir des données de la diffraction des rayons X, sont compatibles avec les résultats générés par l’optimisation moléculaire en utilisant la B3LYP/6-31G (d, p). Ces calculs sont effectués essentiellement pour déterminer les propriétés photovoltaïques du matériau considéré. Cela en étudiant le transfert de charge entre la structure moléculaire azoïque, de type D–π–A, et le tétracène. Ce mécanisme de transfert de charge entre ces deux matériaux est déterminé par la localisation des orbitales moléculaires frontières (HOMO et LUMO), la valeur de gap énergétique (Eg) ainsi que la surface de potentiel électrostatique moléculaire (MEP). Les performances photovoltaïques de matériau analysé sont interprétées par la tension de circuit ouvert (VOC), le facteur de forme (FF) et l’efficacité de la conversion énergétique (PCE). Mots clés : Photovoltaïque, semi-conducteur, azoïque, DFT, transfert de charge. Abstract The present study concerns the determination of the structural and electronic properties of a new synthesized azo material, with chemical formula C18H18Cl2N2 and acronym AZ1. First, theoretical calculations using the density functional theory (DFT), implemented under the Gaussian 09 software, were performed to model the molecular system, composing the azo material studied. The results of geometric parameters (interatomic distances, valence angles, dihedral angles) obtained previously by the structural resolution from the X-ray diffraction data, are compatible with results generated by molecular optimization using B3LYP/6-31G (d, p). These calculations are carried out mainly to determine the photovoltaic properties of the material under consideration, this by studying the charge transfer between the azo molecular structure, type D– π–A, and tetracene. This mechanism of charge transfer between these two materials is determined by the localization of molecular orbitals (HOMO and LUMO), the energy gap value (Eg) and the molecular electrostatic potential surface (MEP). The photovoltaic performances of the analyzed material are interpreted by the open circuit voltage (VOC), the form factor (FF) and the energy conversion efficiency (PCE). Keywords: Photovoltaic, semiconductor, azo, DFT, charge transfer. الملخص تتعلق ھذه الدراسة بتحديد الخصائص الھيكلية واإللكترونية لمادة أزو جديدة مصنعة، ذات الصيغة الكيميائيةC18H18Cl2N2 و االختصار AZ1 .اوال، تم إجراء حسابات نظرية باستخدام نظرية الكثافة الوظيفية (DFT ،(التي تم تنفيذھا بموجب برنامج 09 Gaussian ،لنمذجة النظام الجزيئي، المكون لمادة اآل زو المدروسة. تتوافق نتائج المعايير الھندسية (المسافات بين ًا عن طريق الحل الھيكلي من بيانات حيود األشعة السينية، مع الذرات، زوايا التكافؤ، زوايا االلتواء)، التي تم الحصول عليھا سابق النتائج الناتجة عن التحسين الجزيئي باستخدام (p, d (31G-6/B3LYP .تتم ھذه الحسابات بشكل أساسي لتحديد الخصائص الكھروضوئية للمادة قيد النظر. ھذا من خالل دراسة نقل الشحنة بين بنية اآلزو الجزيئية، من نوع A -π- D ،والتتراسين. يتم تحديد آلية نقل الشحنة بين ھاتين المادتين من خالل توطين المدارات الجزيئية (HOMO و LUMO ،(قيمة فجوة الطاقة (Eg (وسطح الجھد الكھروستاتيكي الجزيئي (MEP .(يتم تفسير األداء الكھروضوئي للمادة المحللة عن طريق جھد الدائرة المفتوحة (VOC ( وعامل الشكل (FF (وكفاءة تحويل الطاقة (PCE.( الكلمات المفتاحية: كھروضوئية، أشباه الموصالت، اآلزو، DFT ،نقل الحمل.