Étude de premier principe des matériaux pérovskites pour des applications optoélectroniques et photovoltaïques

Abstract

Pour développer de nouvelles technologies optoélectroniques et photovoltaïques, il est essentiel de trouver des semi-conducteurs performants à température ambiante, possédant une grande capacité d’absorption lumineuse. Ce travail vise à explorer, par des calculs ab initio, les propriétés fondamentales de composés chalcogénides de type pérovskite en vue de leur intégration dans des dispositifs à haute efficacité. Les simulations ont été réalisées dans le formalisme de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), en utilisant la méthode FP-LAPW implémentée dans le code WIEN2k, avec les approximations GGA-PBE et le potentiel modifié de Becke-Johnson (mBJ) pour une meilleure précision des caractéristiques électroniques et optiques. Une première partie de l’étude s’est intéressée aux pérovskites ASnS3 avec (A = Ba, Ca et Sr). Les résultats révèlent une dépendance claire des propriétés structurales et de la bande interdite à la nature du cation A, favorables à l’absorption solaire. Des paramètres optiques tels que les fonctions diélectriques (𝜀1, 𝜀2), l’indice de réfraction (n), la réflectivité (R), le coefficient d’extinction (k) et le coefficient d’absorption (α) ont été analysés, confirmant un bon potentiel pour les applications photovoltaïques et optoélectroniques. La seconde partie a porté sur l’étude comparative de l’alliage BaZrS 3-xSex (0 ≤ x ≤ 3). L’introduction progressive du sélénium à la place du soufre entraîne une réduction de la bande interdite, traduisant une meilleure absorption dans les domaines visible et infrarouge. Les propriétés thermiques ont également été examinées, révélant une stabilité satisfaisante dans des conditions de température définies. Les résultats obtenus confirment que les pérovskites chalcogénides et leurs alliages anioniques représentent des matériaux prometteurs pour les cellules solaires.