Mémoires de Fin d’Etudes
Etablissement
Université de Béjaia - Abderrahmane Mira
Affiliation
Département de Physique
Auteur
SLIMANE, Haffad
Directeur de thèse
Cicero, Giancarlo (Professeur)
Filière
Physique
Diplôme
Doctorat
Titre
Ab initio Study of Simple and Co-axial Nanowires (for solar cell applications)
Mots clés
Nanowires : Co-axial : Study : Ab initio
Résumé
Depuis les travaux pionniers de Regan et Graetzel, une grande attention a été accordée au DSSC (cellule solaire sensibilisée par un colorant) en tant que candidat à bas prix et respectueux de l’environnement comme dispositif de nouvelle génération d’énergie solaire. Afin d’améliorer l’efficacité de conversion de courant dans les DSSCs, il a été proposé d’utiliser des nanofils au lieu de nanoparticules, qui permettent une meilleure collection de charges. Deux matériaux à large bande interdite ( et ) ayant des propriétés photochimiques similaires sont des candidats idéaux pour les systèmes DSSCs. L’hétéro-structure coeur-coquille de ( et ) est également proposée pour réduire la recombinaison de charges. A cet effet, nous avons utilisé des calculs ab initio basés sur la théorie de la densité fonctionnelle pour étudier les propriétés structurales et électroniques des nanofils de et de , ainsi que la dépendance de leurs propriétés électroniques, de la taille et de la forme des nanostructures. Nous avons trouvé que les structures de forme triangulaires permettent des transferts de charges plus importants que celles de formes hexagonales. Nos calculs démontrent l’existence d’un état ferromagnétique stable pour le dopé avec l’azote; cette constatation est en accord avec les études expérimentales indiquant un comportement ferromagnétique des nanoparticules de à température ambiante. De l’autre côté, une compétition entre l’effet de liaison-surface et l’effet de confinement quantique induit un comportement d’oscillation et provoque une transition direct-indirect de la bande interdite dans les nanofils de . Pour la structure coeur-coquille, la passivation avec de l’hydrogène ainsi que l’épaisseur de la coquille s’avèrent cruciales pour l’alignement des bandes de valence et de conduction. Abstract Since the pioneering work of Regan and Graetzel, a great attention has been paid to dye sensitized solar cell (DSSC) as cheap and environmentally benign candidates for a new generation solar power devices. To improve light to current conversion efficiency in DSSC, it has been proposed to use nanowires (NWs) instead of nanoparticles (NPs), which would provide more charge collections. Two materials with wide band gap ( ) that have very similar photochemical properties are ideal candidates for DSSC systems. The core-shell hetero-structure is also proposed to reduce charge recombination. To this aim, we employed ab initio calculations based on the Density Functional Theory to investigate the structural and electronic properties of and NWs and to study how their electronic properties depend on the size and the shape of the nanostructure. We find that triangular shape NWs would provide larger dye loading than the hexagonal ones. Our calculations evidence stable ferromagnetic ordering in nitrogen doped NWs; this finding is in agreement with experimental studies showing room-temperature ferromagnetic-like behavior of nanoparticles. On the other hand, a competition between the surface-bonding effect and the quantumconfinement effect induces an oscillation behavior and a direct-indirect transition of the band gap in NWs. For the core-shell structure, two stable configurations of the interface were identified as energetically more favorable, in which hydrogen passivation and shell thickness are found to be crucial for the determination of the band-offsets.
Date de soutenance
04/07/2012
Cote
530D/69
Pagination
123 f.
Illusatration
fig.graph.
Format
30 cm
Notes
bibliogr.f. 123 annexes
Statut
Soutenue