- [ VRPG-Doc-Sc] Sciences physiques --- علوم فيزيائية
Permanent URI for this collection
Browse
Recent Submissions
Now showing 1 - 5 of 122
- ItemContribution de la microscopie EBIC et des calculs numériques pour l’étude de cellules photovoltaïque(2016-07-04) SAIL KARIMA; Encadreur: BASSOU GHAOUTIRésumé (Français et/ou Anglais) : Ce travail de thèse de doctorat intitulé " Contribution de la microscopie EBIC et des calculs numériques pour l'étude de cellules photovoltaïques" s'inscrit dans l'axe de recherche de l'équipe à savoir le développement de la Microscopie EBIC et les études théoriques et expérimentales sur les matériaux photovoltaïques. Ces derniers sont actuellement au centre des intérêts de l'ensemble des chercheurs. Parmi les matériaux les plus compétitifs utilisés à l'heure actuelle dans ce domaine pour leur bon rapport qualité-prix on retrouve le silicium multicristallin et le silicium monocristallin. Par ailleurs, les matériaux organiques pour des applications photovoltaïques constituent également une bonne alternative pour le photovoltaïque à moindre coût. Le fort potentiel de ces cellules PV justifie la démarche dans ce travail de thèse qui s’articule par conséquence autour de deux axes: le premier relatif à l’étude par la méthode EBIC de la longueur de diffusion de cellules photovoltaïques à base de Silicium multicristallin et le deuxième axe est une étude théorique et numérique visant à optimiser la conversion photovoltaïque de matériaux organiques à base de polymères conjugués de thiophène (C4H4S)n. Dans le premier axe nous avons procédé à une estimation des longueurs de diffusion du silicium multichristallin en se basant sur les micrographies EBIC de ces cellules fabriquées en France. Ces mesures ont été réalisées sur des cellules fabriquées à partir de plaquettes situées à différentes positions d’un lingot de silicium multichristallin à savoir le haut, le milieu et le bas du lingot. Il s’est avéré que la valeur moyenne de la longueur de diffusion de la cellule située en haut du lingot présente la plus grande valeur par rapport aux cellules du milieu et du bas du lingot. Ces résultats sont confirmées par les mesures électriques effectuées au préalables sur les cellules et qui montrent en effet que le rendement de la cellule du haut du lingot est le meilleur relativement à ceux du milieu et du bas du lingot. Dans le deuxième axe nous avons entrepris une modélisation relative à l’étude des polymères conjugués à base de thiophène. Les simulations sont effectuées en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) dont l'art et la manière ont été largement détaillés. Les résultats de la simulation des polymères conjugués à base de thiophènes montrent que le niveau énergétique de l’orbitale moléculaire occupée de plus haute énergie (HOMO) et de l’orbitale moléculaire inoccupée de plus basse énergie (LUMO) (du donneur et de l'accepteur respectivement) et qui définissent la bande interdite (Gap) sont aisément accessibles. Nous avons effectué des calculs utilisant la base B3LYP / 6-31G (d, p) dans le but d'obtenir les conformations optimisés stable en utilisant le programme GAUSSIAN 09-D. La visualisation des molécules après optimisation de la géométrie a été effectuée par le programme GaussView 05. Abstract This doctoral thesis entitled "Contribution of the EBIC microscopy and numerical calculations for the study of photovoltaic cells" is part of the axis of the research team that is developing the EBIC microscopy and theoretical studies and on experimental photovoltaic materials. They are currently at the center of the interests of all researchers. Among the most competitive materials used at present in this area for their good value include multisilicon and monocrystalline silicon. Furthermore, organics materials for photovoltaic applications are also a good alternative for photovoltaics cost. The potential of these PV cells justifies the approach in this thesis which revolves result by around two axes: the first relating to the study by the EBIC method of diffusion length of photovoltaic cells based on silicon multicrystalline and the second axis is a theoretical and numerical study aimed at optimizing the photovoltaic conversion of organic materials based on conjugated polymers of thiophene (C4H4S)n. In the first line we made an estimate of multichristallin silicon diffusion lengths based on the EBIC micrographs of these cells made in France. These measurements were performed on cells made from wafers located at different positions of a silicon ingot multicrystalline namely the top, middle and bottom of the ingot. It turned out that the average value of the diffusion length of the cell at the top of the ingot has the greatest value relative to the middle cells and the bottom of the ingot. These results are confirmed by the prior electrical measurements performed on cells and show that the performance of the upper ingot cell is the best relative to those of the middle and bottom of the ingot. The thiophene has one of the most interesting topics in the field of organic solar cells. In the second part,a theoretical investigation of π-conjugated polymers constituted by (n) units (n = 1-11) based on thiophene (n) molecule. The computations of the geometries and electronic structures of this compounds were performed using density functional theory (DFT) at 6-31G(d,p) level of theory and Perdew–Burke–Eenzerhof (PBE) formulation of the generalized gradient approximation with periodic boundary conditions (PBC) in one (1D) and two (2D) dimensions. Moreover, the electronic properties (HOCO, LUCO, Egap, Voc and Vbi) were determined from 1D-PBC and 2D-PBC to understand the effect of the number of rings in polythiophene. The absorption properties (excitation energies (Eex), maximal absorption wavelength (λmax), oscillator strengths (f), Light Harvesting Efficiency (LHE) are studied using the time dependent density functional theory TD-DFT method. Our studies showed changing the number of thiophene unit could effectively modulate the electronic and optical properties. On the other hand, the present work demonstrates the efficiency of theoretical calculation in the periodic boundary conditions. We made calculations using base B3LYP / 6-31G (d, p) in order to obtain optimized conformations steady using the GAUSSIAN 09-D program. The visualization of molecules after geometry optimization was performed by the GaussView 05 program.
- ItemÉtude ab-initio du ferromagnétisme dans les alliages Heusler à base du cobalt et du manganèse.(2020-10-05) SEDDIK Larbi; Encadreur: BOUHAFS BachirRésumé (en Français) : Dans la première partie de cette étude, nous présentons les propriétés structurales, électroniques et magnétiques de l’alliage quaternaire (Ni1-xCox)2MnSn. En utilisant la méthode des ondes planes augmentées linéarisées à potentiel total (Full potential Linearized Augmented Plane Waves : FP-LAPW), nous avons évalué toutes les différentes configurations possibles des sites Ni et Co dans le réseau cristallographique (Ni1-xCox)2MnSn. La configuration atomique la plus stable est déterminée en fonction des considérations énergétiques. Les paramètres calculés, à savoir le paramètre de maille et les moments magnétiques sont en accord raisonnable avec les données expérimentales disponibles. Il est intéressant de noter que le changement de moment magnétique total peut être interprété comme une variation linéaire du moment magnétique des atomes du manganèse et du cobalt. Dans la deuxième partie, cette méthode a été aussi appliquée pour étudier les propriétés structurales, électroniques et magnétiques de l’alliage Co2MnGa1-xSnx (où x = 0, 0.25, 0.5, 0.75 et 1). Nous avons trouvé que ces composés sont de nature demi-métallique avec un état fondamental ferromagnétique. Les paramètres de réseau calculés pour ces alliages sont en bon accord avec les données expérimentales disponibles et d'autres données théoriques. Nous avons trouvé que les paramètres du réseau calculé, la magnétisation de saturation et les valeurs de polarisation de spin de Co2MnGa1-xSnx augmentent avec l'augmentation de la concentration de Sn. Cependant, l'inverse se produit en termes de module de compressibilité, qui diminue avec l'augmentation de la concentration de Sn. Ce groupe des alliages ferromagnétiques demi-métalliques a une température de Curie relativement élevée et peut produire un courant de polarisation de spin jusqu’au près de 100% comme il a été démontré pour l’alliage Co2MnSn. Ces alliages peuvent être appliqués en tant qu'injecteurs de spin pour la mémoire magnétique à accès aléatoire (MRAM). Cette étude théorique fournit un aperçu supplémentaire de l'application d'alliage à base de Co2MnGa1-xSnx comme des matériaux en spintronique. Les mots clés: Les alliages Heusler; Magnétisme; Structure de bande électronique; La théorie fonctionnelle de la densité. Abstract (en Anglais) : In the first part of this study, we present the calculated structural, electronic and magnetic properties of mixed Heusler alloys (Ni1-xCox)2MnSn. Using ab-initio calculations with the full-potential augmented plane-wave method (FP-LAPW), we evaluated the various possible configurations of Ni and Co sites in the (Ni1-xCox)2MnSn crystallographic lattice. The lowest atomic configuration is based on energetic considerations. The calculated equilibrium lattice parameters and magnetic moments are in reasonable agreement with available experimental data. Of interest, we found that the change of total magnetic moment can be interpreted as a linear variation of the magnetic moment of manganese and cobalt atoms. In the second part, this method was also applied to investigate the structural, electronic and magnetic properties of Co2MnGa1-xSnx (where x = 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1). We found that these compounds are half-metallic with ferromagnetic ground state. The calculated lattice parameters for these alloys are in reasonable agreement with available experimental and other theoretical data. We observed that the calculated lattice parameters, the saturation magnetization and the spin polarization values of the Co2MnGa1-xSnx alloys increase with increasing Sn concentration in the lattice. However, the inverse occurs in terms of the bulk modulus and its derivatives is noticed, which decreases with increasing Sn concentration in the lattice. This group of half-metallic ferromagnetic has relatively high Curie temperature and can produce current nearly 100% spin-polarized as demonstrated for Co2MnSn. They can be applied as spin injectors for Magnetic Random Access Memory (MRAM). This theoretical investigation provides further insight into the application of Co2MnGa1-xSnx based alloys as spintronic materials. Keywords: Heusler alloys; Magnetism; Electronic band structure; Density functional theory.
- ItemEtude des propriétés structurales, électroniques et thermodynamiques du composé Li6BeZrF12(2021-06-03) SERIR NACERA; Encadreur: KHACHAI Houari; Co-encadreur: KHENATA RabahRésumé (en Français) : Les propriétés structurales, électroniques, élastiques et thermodynamiques du quaternaire tétragonal Li6BeZrF12 sont calculées en utilisant la méthode d'onde plane augmentée linéarisée à potentiel complet (FP-LAPW) implémentée dans le code WIEN2K basé sur la théorie de la fonctionnelle de densité (DFT) et l'approximation du gradient généralisée (GGA). Les constantes du réseau tétragonal (a, c) ont été estimées et comparées aux résultats expérimentaux. L'étude de la structure de bande électronique et de la densité d’état de ce composé révèle que Li6BeZrF12 est un isolant. Les paramètres élastiques, tels les constants élastiques, le module de compressibilité, le module de cisaillement, le module d'Young et le coefficient de Poisson sont théoriquement calculés pour la première fois. Les propriétés thermiques, y compris le coefficient d’expansion thermique, la capacité calorifique et la température de Debye, ont été étudiées à l'aide du modèle quasi-harmonique de Debye. A notre connaissance, cela constitue la première prédiction théorique quantitative des propriétés physiques de ce composé quaternaire. Les mots clés: Matériaux hôtes, Théorie fonctionnelle de la densité, Propriétés électroniques, Propriétés thermo-élastiques Abstract (en Anglais) : The structural, electronic, elastic and thermal properties of the tetragonal quaternary Li6BeZrF12 are calculated using the full-potential linearized augmented plane wave method (FP-LAPW) as implemented in the WIEN2K code based on the density functional theory (DFT) and generated gradient approximation (GGA). The tetragonal lattice constants (a and c) have been estimated and compared to the experimental results. The study of the electronic band structure and electronic energy density of states of this compound reveals that Li6BeZrF12 is an insulator. The elastic parameters, e.g., the single crystal elastic constants, bulk, shear and Young's modulo and Poisson ratio are theoretically calculated for the first time. Thermal properties, including the thermal expansion coefficient, the heat capacity and Debye temperature, have been investigated using the quasi-harmonic Debye model. To the best of our knowledge this stands as the first quantitative theoretical prediction of the physical properties for this quaternary compound. Keywords : Host materials, Density functional theory, Electronic properties, Thermo-elastic properties
- ItemContribution à l'étude des propriétés structurales et électroniques des alliages ternaires KSxX1-x (X= Se et Te), KSexTe1-x et UFe4P12 : Méthode FP-LMTO.(2015-04-27) SLAMANI Amel; Encadreur: Ameri MohammedRésumé (Français et/ou Anglais) : Résumé Nous avons effectués une étude théorique en utilisant la méthode du potentiel total linéaire de orbitales muffin-tin (FP-LMTO), en premier lieu nous avons entrepris une étude des propriétés structurales et électroniques des alliages binaires KS, KSe et KTe et ternaires KSxSe1-x, KSxTe1-x et KSexTe1-x en utilisant la GGA et la LDA dont le paramètre de maille, le module de compressibilité et gap d’énergie ont été investit, ainsi que La déviation des paramètres de maille et des modules de compressibilités en fonction de la concentration x par rapport de la loi de Vegard ont été observée pour les trois alliages, nous avons aussi calculé le bowing en fonction de la concentration x. Dans la seconde partie de notre travail nous avons étudiés les propriétés structurales, élastiques, thermodynamiques et électroniques du composé skutterudite UFe4P12 basée sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) dont le potentiel d’échange-corrélation est traité par l’approximation de la densité locale (LDA). Les propriétés structurales telles que le paramètre du réseau et les positions atomiques sont en bon accord avec les données disponibles. Les résultats obtenus des structures de bandes montrent l’apparition d’un pseudo gap au dessus du niveau de fermi au point Γ. Nous avons calculé aussi les propriétés élastiques et composés ainsi que l’effet de la température et de la pression sur les propriétés thermodynamiques. Abstract We have performed a theoretical study using the full-potential linear muffin–tin orbital approach (FP-LMTO) based on the density functional theory (DFT).The first part devoted to the study of the structural and electronic properties of the binary KS, KSe and KTe and theirs ternary alloys KSxSe1-x, KSxTe1-x and KSexTe1-x using the GGA and LDA approximations. The lattice parameter, bulk modulus and band gap were investigated. Deviation of the lattice constants from Vegard low’s and bulk modulus were observed for the three alloys. Using the approche of Zunger, the microscopic origins of band gap bowing have been detailed and explained. In the second part we have reported the structural, elastic, thermodynamic, and electronic properties of skutterudites compounds UFe4P12. The exchange correlation potential is treated by the local density approximation (LDA). The calculated structural properties such as the equilibrium lattice parameter and atomic position are in good agreement with the available data. The obtained results for the band structure show tendency of forming gap pseudo-gap that appears above the Fermi level at Γ point The dependence of the energy band gaps. We have also calculated the elastic properties of this compounds as well as the affects of temperature and pressure on the thermodynamic properties.
- ItemModélisation et caractérisation des phénomènes de transport électronique dans les semiconducteurs par la méthode de Monte Carlo: Cas des composés 6H-SiC et GaAs(2016-12-01) Talha Nora; Encadteur: Kadoun Abd-Ed-DaïmRésumé (Français) : Nos investigations portent sur le phénomène du transport électronique dans les matériaux 6H-SiC et GaAs, choisis pour leur différence de gap et de champ électrique de claquage. Pour cela, nous avons utilisé un programme de simulation numérique écrit en langage C++, basé sur la méthode de Monte Carlo. La méthode choisie pour intégrer la structure de bande dans le programme de simulation utilise deux modèles comprenant respectivement 3 et 5 vallées non-paraboliques. Le champ électrique est appliqué dans la direction perpendiculaire à l’axe c pour la structure hexagonale de 6H-SiC et dans la direction <100> pour GaAs de structure cubique. Notre simulation permet de suivre les évolutions d’un ensemble de particules au cours du temps sous l’action d’un champ électrique. En régime stationnaire, on détermine leur vitesse de dérive, leur énergie, leur mobilité ainsi que les coefficients de repopulation des vallées. Notre programme de calcul permet également d’étudier l’influence du régime de survitesse en phase transitoire, sur l’évolution de l’énergie moyenne des porteurs de charge. Enfin, nous avons comparé nos résultats à d’autres résultats de la littérature spécialisée. Les résultats obtenus avec le modèle 5-vallées, comparés avec des résultats théoriques et expérimentaux s’avèrent meilleurs que ceux du modèle 3 vallées, pour des champs forts. Ils sont, par ailleurs, très proches des résultats obtenus par le modèle « full band » qui inclut toute la structure de bande d’énergie. Nous en concluons que la prise en compte de 5 vallées pour 6H-SiC et 4 vallées pour GaAs suffit à rendre compte de tout le transport électronique dans ces matériaux, même pour des champs extrêmes, proches des champs de claquage, ce qui permet un gain très substantiel en effort de calcul. Les mots clés : Transport électronique, cinq vallées, full band, composants électroniques, Monte Carlo. Résumé (Anglais) : Our investigations focus on the electronic transport phenomenon in 6H-SiC and GaAs materials, chosen for their different gaps and breakdown fields. For this purpose, we used a C++ numerical simulation program, based on the Monte Carlo method. The method chosen to incorporate the band structure in the simulation program uses two models including 3 and 5 non-parabolic valleys respectively. The electric field is applied in the direction perpendicular to the c axis for the 6H-SiC hexagonal structure and in the <100> direction for GaAs cubic structure. Our simulation allows us to track a set of electrons over time under the action of an electric field. In steady state conditions, we determined their drift velocity, their energy, their mobility as well as the valleys occupancy. Our calculation program also allows us to study the influence of the velocity overshoot that appears in the transient state, on the evolution of the average energy of the charge carriers. Finally, we compared our results with other results of the literature. Compared with theoretical and experimental results, our 5-valley results are better than those from the 3-valley model for high fields. They are, moreover, very close to the results obtained by the "full band" model which includes the entire energy band structure. We conclude that taking into account 5 valleys for 6H-SiC and 4 valleys for GaAs is quite enough to account for all electronic transport in these materials, even for extreme field strength, close to breakdown conditions, which is considerably less computer-time consuming than the use of a full band model.. Keywords :: Electron transport, Five-valley, Full Band, Monte Carlo, Electronics Component
