Recherche des nouveaux matériaux absorbeurs pour les applications photovoltaïques

Abstract

En raison du problème du réchauffement climatique, la conversion photovoltaïque a récemment fait l'objet d'une grande attention. De nombreuses recherches ont été menées afin de mettre au point de nouveaux matériaux susceptibles d'être utilisés dans la production de cellules solaires. Il est toutefois préférable de trouver des matériaux peu coûteux et respectueux de l'environnement présentant une bande interdite directe et une constante de réseau proche des substrats de silicium ou d'arséniure de gallium, car ces propriétés sont nécessaires pour les cellules solaires. À cet égard, nous cherchons à étudier de nouveaux matériaux absorbants et à analyser leurs caractéristiques électroniques, optiques et structurelles. Par conséquent, nous présentons les résultats des calculs de premiers principes sur les effets de la déformation et de la substitution des halogènes sur les propriétés électroniques, optiques et la mobilité des porteurs des doubles pérovskites à site vacant Cs2SnI6. En premier lieu, nous avons trouvé que le Cs2SnI6 non déformé est un semi-conducteur avec un gap d’énergie d'environ 1.257 eV. Sous l’effet des contraintes appliquées, la valeur de ce gap augmente jusqu'à 1.316 eV pour une contrainte de compression de -4 % et diminue jusqu'à 1.211 eV pour une contrainte de traction de 4 %. Cet effet est principalement dû au fait que le minimum de la bande de conduction se déplace sous l'effet des déformations de compression et de traction. Sur la base des calculs de mobilité des porteurs, nous remarquons que sous une contrainte de traction, la mobilité des porteurs de trous et d'électrons diminue, tandis que la mobilité des porteurs augmente de 16.3 % pour les électrons et de 9.1 % pour les trous sous une contrainte de compression de -4 %. En outre, les données des constantes optiques calculées indiquent que les déformations appliquées peuvent affecter les propriétés optiques de la pérovskite Cs2SnI6. De plus nous aussi trouvé que les valeurs de la bande interdite de Cs2SnI6-xBrx augmentent lorsque Br est substitué dans le site de I, respectivement pour x= 1, 2, 3, 4, 5 et 6. En outre, l'analyse optique révèle que la substitution de Br améliore les propriétés optiques de Cs2SnI6-xBrx en réduisant la transparence et en améliorant l'indice de réfraction et l'absorption dans la région de la lumière visible. Avec une efficacité d'environ 15 %, les simulations utilisant SCAPS-1D démontrent que Cs2SnI3Br3 est l'absorbeur idéal pour l’application photovoltaïque.