Etudiant : TADLI IMANE

Filière : Master Matériaux Avancés et Applications (M2A)

Encadrant : Pr. CHABRI ILYAS

Annèe : 2026

Résumé : Dans un monde confronté à une urgence énergétique croissante et à la nécessité impérieuse de réduire la dépendance aux matériaux toxiques et aux technologies non durables, le développement de nouvelles générations de dispositifs photovoltaïques efficaces et écologiques devient un enjeu critique. C’est dans cette dynamique que s’inscrit cette étude, consacrée à la double pérovskite halogénée sans plomb Cs2AgBiBr6, avec l’ambition de comprendre et d’optimiser son potentiel pour les applications solaires de demain. Cette recherche repose sur une approche allant des premiers principes jusqu’à la simulation complète de dispositifs photovoltaïques, en combinant les calculs ab initio basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et la modélisation sous SCAPS-1D. Les calculs réalisés avec CASTEP dans l’approximation GGA-PBE révèlent une structure cristalline cubique stable (Fm-3m), entièrement relaxée via l’algorithme BFGS, avec un paramètre de maille optimisé de 11,53 Å, en excellent accord avec les données de référence. La stabilité structurale est confirmée par une convergence rigoureuse des critères énergétiques, mécaniques et atomiques. L’analyse électronique met en évidence un rôle déterminant des effets relativistes : l’introduction du couplage spin-orbite (SOC) réduit le gap indirect de 1,45 eV à 1,059 eV, soulignant son importance essentielle dans la description précise des matériaux à base d’éléments lourds comme le bismuth. Les propriétés de transport révèlent également un comportement favorable, avec des masses effectives de 0,303 m₀ pour les électrons et 1,20 m₀ pour les trous, conduisant à des mobilités estimées de 58,3 cm2 ·V- 1 ·s-1 et 14,6 cm2 ·V-1 ·s-1 , traduisant un équilibre prometteur pour la collecte des charges photo-générées. Ces paramètres fondamentaux, incluant les densités effectives d’états (NC = 4,2 × 1018 cm-3 , NV = 3,3 × 1019 cm-3 ) ont ensuite été intégrés dans un modèle SCAPS-1D validé avec succès par comparaison aux données expérimentales, garantissant ainsi sa robustesse et sa fiabilité prédictive. L’optimisation du dispositif photovoltaïque a permis d’atteindre un rendement maximal de 11,76 %, pour une épaisseur d’absorbeur optimisée de 850 nm et une densité de défauts de 4,93 × 1016 cm-3 , sous des conditions électriques réalistes (1 Ω·cm2 de résistance série et 7000 Ω·cm2 de résistance parallèle). L’étude thermique révèle par ailleurs une stabilité satisfaisante jusqu’à 400 K, avec une légère amélioration des performances avant dégradation, confirmant la résilience du dispositif face aux variations de température. Au-delà des résultats numériques, ce travail met en lumière une avancée méthodologique majeure : le couplage DFT-SCAPS transforme la conception des cellules solaires en une démarche guidée par la physique fondamentale, où les propriétés microscopiques du matériau dictent directement les performances macroscopiques du dispositif, ouvrant ainsi la voie à une nouvelle génération de technologies photovoltaïques plus efficaces, plus durables et mieux adaptées aux défis énergétiques mondiaux.