Propiedades estructurales y electrónicas del cdZnTe mediante la teoría del funcional de la densidad -DFT-, como material fotovoltaico
Incluye figuras, tablas y anexos.
- Autores:
-
Cáceres Castellanos, Wilman Guillermo
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2017
- Institución:
- Universidad de los Llanos
- Repositorio:
- Repositorio Digital Universidad de los LLanos
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
- https://repositorio.unillanos.edu.co/handle/001/4508
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- Palabra clave:
- Cadmium telluride
Cadmium-Zinc
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Martínez Velásquez, Nasly YaniraCáceres Castellanos, Wilman GuillermoCucaita Gomez, AlexanderRicardo Castro, JavierCastro Ladino, Javier Ricardovirtual::119-12024-10-16T21:57:08Z2024-10-16T21:57:08Z2017Cáceres Castellanos, Wilman G. (2017). Propiedades estructurales y electrónicas del cdZnTe mediante la teoría del funcional de la densidad -DFT-, como material fotovoltaico [Trabajo de grado, Universidad de los Llanos]. Repositorio digital Universidad de los Llanos.https://repositorio.unillanos.edu.co/handle/001/4508Universidad de los LlanosRepositorio digital Universidad de los Llanoshttps://repositorio.unillanos.edu.co/Incluye figuras, tablas y anexos.Este trabajo presenta las propiedades estructurales y electrónicas del CdZnTe, calculadas mediante primeros principios, bajo el formalismo de la Teoría del Funcional Densidad (DFT por sus siglas en inglés Density Functional Theory), haciendo uso del software Quantum-ESPRESSO; para ello en primer lugar se analizan las propiedades mencionadas para la estructura pura CdTe, luego para el CdZnTe con el fin de estudiar las modificaciones que se presentan en el compuesto y de esta manera determinar sus propiedades y usos. El documento inicia con la introducción que esboza de manera general la descripción de la física del estado sólido. Posteriormente se presenta el objetivo general y los objetivos específicos que orientaron este trabajo. A continuación sigue el marco teórico donde se describen aspectos básicos de la evolución de la Mecánica Cuántica hasta una breve introducción de la Física de Estado Solido con el fin sentar las bases para la comprensión de la DFT. Luego se menciona el software de Quantum-ESPRESSO (QE), con el cual se hacen cálculos de propiedades electrónicas y estructurales con DFT mediante el método de ondas planas (PW de las siglas en inglés Plane Wave) y Pseudo-potenciales (PP de la palabra en inglés Pseudo-potentials). En el capítulo posterior se expone la metodología, para lo cual se inicia con la descripción de la estructura pura del Teluro de Cadmio (CdTe), luego se describe qué tipo de pseudo-potenciales fueron escogidos para optimizar los parámetros del compuesto. En este caso están basados en la Aproximación de Densidad Local (LDA) y la Aproximación de Gradiente Generalizado (GGA) y los parámetros que se optimizan son la energía de corte (Ecutoff), la malla de puntos K y la constante de red. Para el Teluro de Cadmio-Zinc (CdZnTe) se plantea la optimización de estos mismos parámetros asumiendo que cristalice bajo una estructura del tipo half-heusler. Siguiendo con los resultados y discusión se muestran las gráficas del diagrama de bandas de energía y la Densidad de Estados (DOS), así como la comparación entre ancho de banda o band gap calculado para el CdTe, con respecto al band gap experimental. También se discute sobre el tipo de gap que se observa en el diagrama de bandas del CdTe y lo que significa para los semiconductores fotovoltaicos. Luego se hace un análisis de los resultados de la DOS y diagrama de bandas de energía para el CdZnTe los cuales no pueden compararse con los cálculos de la estructura pura, resultados experimentales o trabajos de investigación basados en otros métodos y/o software, debido a que una estructura half-heusler cristaliza bajo ciertas condiciones que no cumple el CdZnTe. Por último están las conclusiones de este trabajo de la estructura pura CdTe y la estructura half-heusler para el CdZnTe de acuerdo con los cálculos realizados. De igual forma se presenta la proyección o investigaciones futuras que se pueden realizar con dichos compuestos y el uso de la DFT implementada en el QE.This work presents the structural and electronic properties of the CdZnTe, calculated in first principles, under the formalism of the Functional Density Theory (DFT), using the software Quantum-ESPRESSO. For the first place, the mentioned properties are analyzed for the pure structure CdTe, then for the CdZnTe in order to study the modifications that occur in the compound and in this way determine their properties and uses. The document begins with the introduction outlining generally the description of solid state physics. Subsequently, the general objective and the specific objectives that guided this work are presented. Following is the theoretical framework where basic aspects of the evolution of quantum mechanics describes to a brief introduction of solid state physics in order to lay the foundation for understanding the DFT. Then, the software Quantum-ESPRESSO (QE) is mentioned, with which electronic and structural properties are calculated with DFT using the Plane Wave (PW) and Pseudo-Potential (PP of the Pseudo-potentials). In the following chapter, the methodology is presented, starting with the description of the pure structure of the Cadmium Telluride (CdTe), and then describing what kind of pseudo-potentials were chosen to optimize the compound's parameters. In this case they are based on the local density approximation (LDA) and Approximation Gradient Generalized (GGA) and parameters are optimized are cutting energy (Ecutoff), the grid of points K and the lattice constant. For the Cadmium-Zinc Telluride (CdZnTe) we propose the optimization of these same parameters assuming that they crystallize under a half-heusler structure. Following with the results and discussion the graphs of the energy band diagram and the State Density (DOS), as well as the comparison between bandwidth orband gap calculated for the CdTe, with respect to the experimental band gap. Also discussed is the type of gap observed in the CdTe bandwidth diagram and what it means for photovoltaic semiconductors. Then an analysis of the results of the DOS and energy band diagram for the CdZnTe is done, which cannot be compared with the pure structure calculations, experimental results or research works based on other methods and / or software, due to that a half-heusler structure crystallizes under certain conditions that the CdZnTe does not meet. Finally are the conclusions of this work of the pure structure CdTe and the half-heusler structure for the CdZnTe according to the calculations made. Similarly projection or future investigations that can be performed with such compounds and the use of the DFT implemented in the QE is presented. Keywords: Cadmium Telluride, Cadmium-Zinc Telluride, DOS, band gap, Density Functional Theory, QUANTUM ESPRESSOResumen. – Abstract. – Introduccion. -- 1 objetivos. -- 1.1 objetivo general. -- 1.2 objetivos específicos. -- 2 marco teórico. -- 2.1 breve historia de la mecánica cuántica. -- 2.1.1 radiación del cuerpo negro. -- 2.1.2 efecto fotoeléctrico. -- 2.1.3 ondas de materia. -- 2.1.4 principio de incertidumbre. -- 2.1.5 mecánica cuántica ondulatoria. -- 2.2 introducción a la física del estado sólido. -- 2.2.1 celda unitaria. -- 2.2.2 sistemas cristalinos. -- 2.2.3 teoría de bandas de energía en los semiconductores. -- 2.2.4 teorema de bloch. -- 2.3 teoría del funcional de la densidad (dft). -- 2.3.1 aproximación born-oppenheimer. -- 2.3.2 teorema de hohneberg y kohn. -- 2.3.3 ecuaciones de kohn-sham. -- 2.3.4 aproximación al funcional de energía de intercambio-correlación. -- 2.4 quantum espresso. -- 3 metodología. -- 3.1 estructuras estudiadas. -- 3.2 teluro de cadmio. -- 3.2.1 celda unitaria del cdte. -- 3.2.2 optimización de parámetros. -- 3.3 teluro de cadmio-zinc. -- 3.3.1 celda unitaria para cdznte half-heusler. -- 3.3.2 optimización de parámetros. -- 4 resultados y discusión. -- 4.1 propiedades electrónicas del cdte. -- 4.1.1 diagrama de bandas de energía del cdte. -- 4.1.2 la densidad de estados (dos). -- 4.2 propiedades electrónicas para cdznte. -- 5 conclusiones. -- 5.1 investigaciones futuras. -- 6 referencias.Trabajo de grado presentado para optar por el título de Ingeniero Electrónico.PregradoIngeniero(a) Electrónico(a)63 páginasapplication/pdfspaUniversidad de los LlanosFacultad de Ciencias Básicas e IngenieríaVillavicencioIngeniería ElectrónicaSede BarcelonaDerechos Reservados - Universidad de los Llanos, 2017https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Propiedades estructurales y electrónicas del cdZnTe mediante la teoría del funcional de la densidad -DFT-, como material fotovoltaicoTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTexthttp://purl.org/redcol/resource_type/TPhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Proyectos de investigaciónGARCIA CASTAÑEDA, Mauricio y EWERT DE-GEUS. 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