Étude théorique par DFT des matériaux kesterite pour applications photovoltaïques

Le Doyen de la Faculté des Sciences et Techniques de Béni Mellal porte à la connaissance du public que Monsieur GUERROUM Jamal, soutiendra une thèse de Doctorat intitulée : «Étude théorique par DFT des matériaux kesterite pour applications photovoltaïques».

La soutenance publique aura lieu le Samedi 20 Juin 2026 à 10h00 à la salle 1 du Pôle des Etudes Doctorales de l’Université Sultan Moulay Slimane de Béni-Mellal, devant le jury composé de :

• Monsieur RAHMANI Khalid : Professeur, Ecole Normale Supérieure, Université Mohammed V, Rabat, Président ;

• Monsieur LAGHLIMI Charaf : Maître de Conférences Habilité, Faculté des Sciences, Université Abdelmalek Essaâdi, Alhouceima, Rapporteur ;

• Monsieur BAKOUR Anass : Maître de Conférences Habilité, Faculté des Sciences et Techniques, Université Hassan II, Mohammedia, Rapporteur ;

• Monsieur ZIAT Younes : Maître de Conférences Habilité, Ecole Supérieure de Technologie, Université Sultan Moulay Slimane, Béni Mellal, Rapporteur ;

• Monsieur MAKAYSSI Taoufik : Maître de Conférences Habilité, Faculté des Sciences et Techniques, Université Sultan Moulay Slimane, Béni Mellal, Examinateur ; 

• Monsieur Youssef LACHTIOUI : Maître de Conférences Habilité, Faculté des Sciences et Techniques, Université Sultan Moulay Slimane, Béni Mellal, Co-Directeur de thèse ;

• Monsieur Omar BAJJOU : Maître de Conférences Habilité, Faculté des Sciences et Techniques, Université Sultan Moulay Slimane, Béni Mellal, Directeur de thèse .

Résumé: 

La modélisation numérique est un outil efficace pour étudier le fonctionnement des cellules solaires en couches minces, permettant d’optimiser les dispositifs sans fabrication expérimentale exhaustive. Ce travail s’intéresse aux kesterites Ag2BeSnX4 (X = S, Se et Te), combinant des calculs ab-initio (DFT, GGA-PBE) et des simulations SCAPS-1D. Les calculs structuraux montrent que les paramètres de maille augmentent de S à Te et que toutes les phases sont stables, la structure Te étant la plus stable. L’analyse des courbes E(V) et des données XRD confirme la cohérence de la structure cristalline. Électroniquement, les kesterites présentent un gap direct au point Γ (0,51 → 0,805 eV). La densité d’états révèle une hybridation Ag-d/p-chalcogène dans la bande de valence, tandis que la bande de conduction est dominée par Sn-s/p-anions, favorisant l’absorption optique sur une large gamme d’énergie. L’application d’un champ électrique externe permet de moduler le gap, utile pour des dispositifs ajustables comme les photodétecteurs. Les analyses optiques confirment une absorption étendue, un indice de réfraction croissant de S à Te et une réflectivité élevée à haute énergie. Les calculs mécaniques et thermodynamiques montrent une stabilité et une ductilité élevées (B/G > 1,75), ainsi que des valeurs prévisionnelles pour le module de Young, la dureté, le point de fusion et la température de Debye. L’analyse Raman à température ambiante indique que les modes vibrationnels restent stables.  Les simulations SCAPS-1D des cellules mono-jonctions et tandem montrent que l’optimisation de l’épaisseur et de la concentration en accepteurs conduit à des rendements élevés : 18,27 %, 25,15 % et 14,62 % pour Ag2BeSnS4, Ag2BeSnSe4 et Ag2BeSnTe4, avec des FF jusqu’à 91,53 %, Jsc jusqu’à 52,435 mA/cm² et Voc jusqu’à 1,560 V. Pour les cellules tandem monolithiques, le rendement atteint 19,41 % avec un excellent FF. Ces résultats démontrent que les kesterites Ag2BeSnX4 confirmant le potentiel pour les dispositifs photovoltaïques de nouvelle génération.

Mots clés : Cellules solaires, Kesterites, Ag2BeSnX4, Simulation SCAPS-1D, DFT, Propriétés électroniques et optiques, Tandem.