dc.creator | Flores, Efracio Mamani | |
dc.date.accessioned | 2023-06-07T23:21:38Z | |
dc.date.available | 2023-06-07T23:21:38Z | |
dc.date.issued | 2020-04-02 | |
dc.identifier.citation | MAMANI F., Efracio, Estudo das Propriedades Estruturais e Eletrônicas das Interfaces ZnO/ZnX (X=S, Se, Te e F2) via Teoria do Funcional da Densidade 2020, 122p. Tese (Doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Física, Instituto de Física e Matemática, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2020. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/9585 | |
dc.description.abstract | The design of materials suitable for application in electronic devices such as electrodes in solar cells of the Gr¨atzel with or without dye requires a detailed understanding of their structural and electronic properties. The vast majority of works were based on experimental approaches, but ab initio calculations have emerged as a powerful approach that complements the experiment and serves as a predictive tool for the identification and characterization of solar cells materials, allowing access and understanding of phenomena of electronic origin. In this thesis, the Density Functional Theory (DFT) was used to study the structural, electronic properties of the ZnO/ZnX compounds (X = S, Se, Te and F2) initially in the bulk configuration and finally as interfaces along of the [10-10] ZnO direction. For this theoretical study, as stated, we used the DFT, with the exchange and correlation functional PBE, since our studied compounds have complex properties (they are strongly correlated materials), which means that the properties described by conventional DFT (with the functional PBE) are inaccurate. The strong location of electrons in the d orbitals of ZnX compounds complicates the description by methods that use pseudopotentials, so that they are particularly well described with all electron schemes. In this scenario, we have two alternative methodologies, the first is to use hybrid functional (HSE), which has a high computational cost, otherwise there is the DFT+U (Hubbard approximation) method with the advantage of having considerably lower computational cost. Therefore, we used both non-local approaches to better discuss the properties of our compounds. Both methodologies have been shown to be viable for ZnX materials, but not generally for all ZnX compounds. Using hybrid functionals, we analyzed the structural and electronic properties of ZnX compounds and at the same time compared our results to DFT+U calculations. Our study of first principles calculations reveals that due to the
understanding of the charge transfer processes at the ZnO/ZnX interface, we are able to propose which is the best interface for application in solar cells without dyes, where ZnX aims to replace it. For the interfaces, we have used the same number of covering layers after convergence tests. In the end, the ZnO/ZnSe system proved to be the best candidate for application, respecting the conditions presented in this thesis. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Sem bolsa | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
dc.subject | Física | pt_BR |
dc.subject | DFT+U | pt_BR |
dc.subject | ZnO/ZnX | pt_BR |
dc.subject | Estrutura eletrônica | pt_BR |
dc.subject | Electronic structure | pt_BR |
dc.title | Estudo das propriedades estruturais e eletrônicas das interfaces ZnO/ZnX (X=S, Se, Te e F2) via Teoria do Funcional da Densidade | pt_BR |
dc.title.alternative | Study of structural and electronic properties of ZnO/ZnX interfaces (X = S, Se, Te and F2) via Density Functional Theory | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 | Piotrowski, Maurício Jeomar | |
dc.description.resumo | O design de materiais adequados para aplicação em dispositivos eletrônicos tais como os eletrodos nas células solares do tipo Grätzel com e sem corante requerem um entendimento detalhado de suas propriedades estruturais e eletrônicas. A imensa maioria dos trabalhos existentes baseiam-se em abordagens experimentais, mas os cálculos ab initio surgiram como uma abordagem poderosa que complementa o experimento e serve como uma ferramenta preditiva para a identificação e caracterização de materiais para células solares, permitindo acessar e compreender fenômenos de origem eletrônica. Nesta tese, utilizou-se a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) para estudar as propriedades estruturais e eletrônicas dos compostos ZnO/ZnX (X=S, Se, Te e F2), inicialmente
na forma de bulks e por ´ultimo como interfaces ao longo da direção ZnO [10-10]. Para esse estudo teórico, utilizou-se a DFT, com o funcional de troca e correlação PBE, visto que nossos compostos de estudo possuem propriedades complexas (são materiais fortemente correlacionados), o que significa que as propriedades descritas pela DFT convencional (com o funcional PBE) são descritas de maneira imprecisa. A forte localização dos elétrons nos orbitais d nesses compostos ZnX complica a descrição por métodos que usam pseudopotenciais, de modo que eles são particularmente bem descritos com esquemas all electrons. Nesse cenário, temos duas metodologias alternativas, a primeira consistiu em
usar funcionais híbridos (HSE), os quais possuem alto custo computacional, e a segunda em usar o método DFT+U (aproximação de Hubbard), cuja vantagem é possuir custo computacional consideravelmente menor. Portanto, empregamos as duas aproximações de caráter não-local com objetivo de discutir melhor as propriedades dos compostos estudados. Mostrou-se que ambas as metodologias são viáveis para materiais como ZnX, mas não em geral para todos os compostos ZnX. Empregando os funcionais híbridos, analisamos as propriedades estruturais e eletrônicas, dos compostos ZnX e ao mesmo tempo comparamos nossos resultados aos cálculos com DFT+U. Nosso estudo via cálculos de primeiros princípios revela que devido a compreensão dos processos de transferência de carga na interface ZnO/ZnX, é possível propor qual a melhor interface para aplicação em células solares sem corantes, onde o ZnX tem como objetivo substituí-lo. Nas interfaces usou-se
o mesmo número de camadas de recobrimento após testes de convergência. Ao final o sistema ZnO/ZnSe mostrou-se o melhor candidato à aplicação, respeitando as condições apresentadas no presente trabalho. | pt_BR |
dc.publisher.department | Instituto de Física e Matemática | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Física | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Moreira, Mário Lúcio | |