Synthesis and quantum simulation of stannates based perovskites sustituted by metalloids
Synthèse et modélisation quantique de pérovskite à base de stannate substituée par des métalloïdes
Résumé
Transparent conductive oxides (TCO) are one of the main components of current optoelectronic devices such as light-emitting diodes, flat screens, touch screens and photovoltaic devices. They constitute an unusual class of materials combining two antithetic physical properties, high optical transparency in the ultraviolet-visible region (E_g> 3 eV) and high electrical conductivity, which can reach 〖10〗^4 S.〖cm〗^(-1). The uniqueness of these materials as well as the diversity of their applications motivate researchers, experimenters and theorists, to design new efficient ones. Nowadays, n-type TCOs are the subject of a rich literature while it is not the case of the p-type TCOs. A reason could be found in the localized nature of the O(2p) states. The absence of this kind of material hinders the development of transparent p-n junction.The goal of this thesis is to develop a new p-type perovskite Sr〖Sn〗_(1-x) M_x O_3 substituted by metalloids such as Al, Ga and In with a high-performance transparent conductive properties. Our methodology was to correlate an experimental study of synthesis and characterization to a theoretical investigation of structural, electronic and thermodynamic properties based on density functional theory (DFT). This approach allowed us to evaluate the performance of our materials according to the nature of the metalloid and its ratio so that, in fine, we will be able to guide the synthesis towards more efficient materials.Keywords: transparent conducting oxide, p-type TCO, perovskiteSr〖Sn〗_(1-x) M_x O_3, metalloids, Sol gel and solid-state reaction synthesis, DFT.
Les oxydes transparents conducteurs (TCO) sont impliqués dans les principaux dispositifs optoélectroniques actuels comme les diodes électroluminescentes, les écrans plats, les écrans tactiles ou encore les dispositifs photovoltaïques. Ces matériaux constituent une classe inhabituelle de matériaux alliant deux propriétés physiques antithétiques, une haute transparence optique dans la région ultraviolet-visible (E_g>3 eV) et forte conductivité électrique, qui peut atteindre 〖10〗^4 S.〖cm〗^(-1). La singularité de ces matériaux ainsi que la diversité de leurs applications motivent la communauté des chercheurs, expérimentateurs et théoriciens, à en concevoir de nouveaux de plus en plus de nouveaux matériaux performants. De nos jours, les TCO de type n, font l’objet d’une littérature riche tandis que ceux de type p sont beaucoup moins développés en raison de la nature très localisée des orbitales O(2p) au niveau de Fermi. L’absence de ce type de semi-conducteur de conductivité freine, entre autre, le déploiement de jonctions p-n transparents.L'objectif de cette thèse a été est de proposer de nouveaux oxydes pérovskites de type pérovskitesSr〖Sn〗_(1-x) M_x O_3 substitués par des métalloïdes de la colonne 13 (M = Al, Ga et In) pouvant être à la fois transparents et semi-conducteurs de type p. Notre méthodologie consistait à corréler une l’étude de synthèse et caractérisations expérimentales de synthèse et caractérisations à des calculs de modélisation de propriétés structurales, électroniques et thermodynamiques basées sur la théorie de la fonctionnelle de densité (DFT). Cette approche nous a permis, par des calculs, d’évaluer les performances des nos matériaux à synthétiser en fonction de la nature et du ratio taux du substituant pour et de pouvoir in fine orienter la synthèse vers de matériaux encore plus prometteurs.Mots-clés: Oxyde transparent conducteur, TCO de type p, pérovskite Sr〖Sn〗_(1-x) M_x O_3, métalloïdes, synthèse Sol gel et céramique, DFT.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)