Etude de premiers principes des propriétés structurales, électroniques, optiques et thermoélectriques des matériaux pérovskites

Abstract

الملخص (بالعربية) : الخصائص الكهروضوئية وكفاءة تحويل الطاقة العالية تجعل بيروفسكايت هاليد الرصاص مادة مثالية لتطبيقات الخلايا الشمسية. ومع ذلك ، فإن الطبيعة السامة للرصاص وعدم استقرار الكاتيونات العضوية تحد من استخدامها وتسويقها. باقتراح بديل ، نقدم حسابات المبادئ الأولية المستندة إلى DFT لـ (A2PdBr6) (A = K و Rb و Cs) باستخدام تقديرات (Becke Johnson) المعدلة المشهود لها للغاية (mBJ) والوظائف الهجينة (HSE) التقريبية. لقد أبلغنا عن امتصاص بصري قوي في المنطقة المرئية بكتلة فعالة صغيرة وفجوة نطاق غير مباشرة تبلغ 1.84 و 1.53 و 1.54 eV لـ K2PdBr6 و Rb2PdBr6 و Cs2PdBr6 ، على التوالي. تشير نتائجنا إلى أن Rb2PdBr6 و Cs2PdBr6 هما مركبان مناسبان للتطبيقات مثل طبقات امتصاص الضوء في خلايا البيروفسكايت الشمسية. بالإضافة إلى ذلك ، يشير الرقم الكهروحراري المحسوب للجدارة إلى إمكانية استخدامها في أجهزة الطاقة الكهروحرارية.

الكلمات المفتاحية: لكهروحراري- خلايا البيروفسكايت الشمسية. Résumé (en Français) : Les propriétés optoélectroniques et l'efficacité de conversion de puissance élevée font des pérovskites aux halogénures de plomb un matériau idéal pour les applications de cellules solaires. Cependant, la nature toxique du plomb et l'instabilité des cations organiques limitent leurs utilisation et leurs commercialisation. En suggérant une alternative, nous présentons nos calculs de principes premiers basés sur DFT de A2PdBr6 (A = K, Rb et Cs) en utilisant les approximations très acclamées de Becke Johnson modifiées (mBJ) et hybrides fonctionnelles (HSE). Nous rapportons une forte absorption optique dans la région visible avec une petite masse effective et une bande interdite indirecte de 1,84, 1,53 et 1,54 eV pour K2PdBr6, Rb2PdBr6 et Cs2PdBr6, respectivement. Nos résultats suggèrent que Rb2PdBr6 et Cs2PdBr6 sont des composés appropriés pour des applications en tant que couches d'absorption de la lumière de cellules solaires à pérovskite. De plus, le facteur de mérite thermoélectrique calculé indique leur utilisation possible dans des dispositifs à énergie thermoélectrique.

Les mots clés : pérovskite- optoélectroniques- cellules solaires

Abstract (en Anglais) : Optoelectronic properties and high power conversion efficiency make lead halide perovskites an ideal material for solar cell applications. However, the toxic nature of lead and the instability of organic cations limit their use and commercialization. Suggesting an alternative, we present our DFT-based first principles calculations of A2PdBr6 (A = K, Rb, and Cs) using the highly acclaimed modified Becke Johnson (mBJ) and hybrid functional (HSE) approximations. We report on a strong optical absorption in the visible region with small effective mass and indirect band gap of 1.84, 1.53, and 1.54 eV for K2PdBr6, Rb2PdBr6, and Cs2PdBr6, respectively. Our results suggest that Rb2PdBr6 and Cs2PdBr6 are suitable compounds for applications as light absorption layers in perovskite solar cells. Also, the calculated thermoelectric figure of merit indicates their possible use in thermoelectric energy devices.

Keywords : Optoelectronic- halide perovskites- HSE