Étude théorique de nouveaux matériaux absorbeurs destinés à la conversion photovoltaïque

Abstract

الملخص (بالعربية) :

تركز هذه الرسالة على الدراسة النظرية لمواد ماصة جديدة لاستخدامها في مجال الخلايا الكهروضوئية. اخترنا في هذه الأطروحة دراسة مواد من النوع المتكونة من العناصر و انتقينا على وجه الخصوص مادة ثنائي كبريت الفضة و البزموث . دفعنا الاهتمام المتجدد لمثل هذه المواد في استخدامها في مجال الخلايا الكهروضوئية إلى تناول عملنا البحثي هذا من أجل تحديد المفعول الكهروضوئي لمادة في أشكالها المتعددة. من أجل تحقيق هذا الهدف، كان من الضروري استخدام أدوات نظرية قوية مثل نظرية دالة الكثافة و التي تسمى بالغة الفرنسية (théorie de la fonctionnelle densité). سمح لنا هذا بتحديد خواص بنية المادة، الخواص الإلكترونية و الخواص الضوئية لكل أشكال المدروسة في بحثنا هذا. سمحت لنا النتائج الأولية هذه لاستنباط و حساب الخواص الكهروضوئية و الكهرو حرارية لمادة باستعمال أدوات نظرية أخرى مثل ) SLME أي spectroscopic limited maximum efficiency بالإنجليزية ( و التي استعملت في تحديد المفعول الكهروضوئي لمادة . استعملنا كذلك معادلة بولتزمان في نظريته الشبه كلاسيكية لتحديد الخواص الكهروحرارية لمادة . استعملنا أيضا قاعدة الأشرطة الإلكترونية المتجاورة (alignement des bandes) في تركيب المواد غير المتجانسة (dans les hétérostructures) من أجل دراسة إمكانية تركيب مع بعض المواد المستعملة كنوافذ في الخلايا الكهروضوئية.

الكلمات المفتاحية: مصاص نصف ناقل، الكهروضوئية، الكهروحرارية، هيكل غير متجانس، المردود ----------------------------------------------

Résumé (en Français) : Le présent travail de thèse porte sur l’étude théorique de nouveaux matériaux absorbeurs pour une utilisation dans le domaine du photovoltaïque. Notre choix s’est porté sur les chalcogénures de type et plus précisément sur le disulfure de bismuth et d’argent ( ). Le regain d’intérêt pour ces matériaux dans le domaine du photovoltaïque nous a poussé à aborder le présent travail de recherche pour déterminer le pouvoir photovoltaïque et par ricochet thermoélectrique de ce matériaux sous ses différentes phases polymorphiques. Pour se faire, il a fallu utiliser des outils théoriques très performants comme la théorie de la fonctionnelle densité. Ce qui nous a permis de déterminer les propriétés structurales, électroniques et optiques des différentes structures de étudiées dans notre travail. Ces résultats de premiers principes nous ont permis par la suite d’accéder aux propriétés photovoltaïques et thermoélectriques de en utilisant d’autres outils théoriques tels la SLME (spectroscopic limited maximum efficiency, métrique qui détermine l’efficacité maximale d’un matériau absorbeur à partir de données spectroscopiques) et la théorie de transport semi-classique de Boltzmann (dont la résolution de l’équation de transport permet d’accéder aux propriétés thermoélectriques d’un matériau). L’alignement des bandes entre matériaux, domaine fondamental pour l’étude d’hétérostructures, nous a permis d’explorer la possibilité de mettre en contact avec certains matériaux utilisés comme fenêtre dans les cellules photovoltaïque. Les mots clés : Absorbeur Semi-Conducteur, Photovoltaïque, Thermoélectrique, Hétérostructure, Rendement

----------------------------------------------

Abstract (en Anglais) :

This thesis work focuses on the theoretical study of new absorber materials for use in the field of photovoltaics. Our choice fell on chalcogenides type and more specifically on the silver bismuth disulfide ( ) composite. The renewed interest for these materials in the field of photovoltaics has prompted us to tackle the present research work to determine the photovoltaic efficiency and in turns thermoelectric properties of this material under its different polymorphic phases. To do this, it was necessary to use very powerful theoretical tools such as the density functional theory. This allowed us to determine the structural, electronic and optical properties of the different structures studied in this work. These first-principle results then allowed us to access the photovoltaics and thermoelectric properties of using other theoretical tools such as SLME (spectroscopic limited maximum efficiency, a metric which determine the maximum efficiency of an absorber material from spectroscopic data) and Boltzmann’s semi-classical transport theory (whose resolution of the transport equation provides access to the thermoelectric properties of a material). The band alignment between materials, a fundamental area for the study of heterostructures, allowed us to explore the possibility of the use of some oxides and sulfides (used as windows in photovoltaic cells) as a contact material with .

Keywords : Semi-Conducting Absorber, Photovoltaic, Thermoelectric, Heterostructure, Yield.