Etude comparative du calcul des gaps d’énergies par les approximations LDA, GGA et mBJ : Applications aux matériaux II-VI et III-V

Abstract

Durant ce travail, nous avons déduit certaines propriétés physiques, telles que les propriétés structurales, électroniques et thermoélectriques d’une classe d’alliages appelés half-Heusler en se basant sur des calculs de premier principe (calcul ab-initio). Les propriétés structurales et électroniques des matériaux étudiés ont été prédites en utilisant le code de calcul Wien2k. Le calcul des propriétés thermoélectriques (conductivité thermique, le coefficient de Seebeck, le facteur de puissance ainsi la figure de mérite) a été réalisé par le biais de l’équation de transport de Boltzmann implémentée dans code BoltzTraP. Sachant que les semi-conducteurs usuels sont de mauvais matériaux thermoélectriques et que le meilleur compromis est obtenu pour les matériaux semi-conducteurs, on s’est orienté vers le choix des matériaux (Zr, Hf)NiSn. On s’est basé dans notre travail sur le facteur de mérite ZT, qui représente le paramètre clé permettant d’étudier la performance thermoélectrique d’un matériau. On sait que la figure de mérite d’un bon matériau thermoélectrique est proche de 1, les courbes de figures de mérites sont croissantes pour les deux matériaux dans toute la gamme de température. Le ZT atteint un maximum pour des faibles concentrations de porteurs (n et p). A 300K, il est de 0.55 pour un dopage de type-p, il est réduit à 0.45 pour le type-n. Pour des températures élevées, on obtient une bonne valeur de la figure de mérite dans le cas des deux types p et n pour les concentrations les plus faibles, il est de 0.65 et 0.63 respectivement. Tandis que pour l’alliage Zr0.5Hf0.5NiSn la même tendance est obtenue, à une température ambiante (T=300K), ZT vaut 0.55 pour le type-p, et il est égal à 0.52 pour le type-n. Il atteint à des températures élevées un maximum de 0.67 et 0.65 pour de faibles concentrations de porteurs p et n respectivement.