Etude des propriétés structurales, électroniques, optiques et élastiques du semi-conducteur lamellaire (GaSe)

Abstract

Dans les dernières années, la révolution technologique a ouvert la voie à une génération des matériaux appelés : matériaux lamellaires. Les composés binaires semi-conducteurs lamellaires III-VI, tel que le Séléniure de Gallium (GaSe) et le Séléniure d’Indium (InSe) bénéficient d’un grand intérêt scientifique qui émane de leurs applications technologiques variées. Ce mémoire présente une contribution scientifique à l’étude fondamentale des différentes propriétés des polytypes de GaSe. Nous avons déterminé les propriétés structurales, électroniques et élastiques en présence et en absence de la pression pour tous les polytypes de GaSe. Une compression dans les plans de couche n'affecte pas le caractère "bidimensionnel" du séléniure de gallium, tandis que la compression le long de l'axe с conduit à un rétrécissement de l'espacement inter-couche. Les calculs de la structure de bande électronique montrent une augmentation progressive de la bande interdite aux contraintes bi-axiales jusqu'à σ⊥>8 GPa. Au contraire, sous une contrainte de compression uni-axiale le long de l'axe c, les énergies de transition inter-bande diminuent continuellement avec le chargement. Les propriétés optiques des différents polytypes de GaSe, sont calculées dans l'énergie des photons jusqu'à 35 eV. Nous pouvons constater que nos matériaux étudiés GaSe présentent un caractère anisotrope vis-à vis du rayonnement électromagnétique selon l’incidence // ou ⊥ au plan de couches. Notre calcul ainsi montre que le composé GaSe est mécaniquement stable à pression nulle et sous une pression allant jusqu’à 10 GPa. Ce mémoire est terminé par une simulation de deux cellules photovoltaïques, ITO/GaSe/CIGS et ITO/GaSe/CIGS/CIGS-P+, par le logiciel de simulation SCAPS-1D, nous avons trouvé un rendement de 23.06%, et un rendement de 33.36% après l’ajout d’une couche de CIGS-P+.