@misc{Rudysh_Myron_Theoretical_2022,
 author={Rudysh, Myron},
 abstract={Półprzewodnikowe materiały chalkogenkowe są szeroko stosowane w różnych urządzeniach elektronicznych i mają właściwości, które czynią je atrakcyjnymi do stosowania w różnych dziedzinach. W szczególności ważnym zastosowaniem materiałów chalkogenkowych jest ich wykorzystanie w fotowoltaice do przekształcania energii słonecznej w energię elektryczną. Obiecującymi materiałemi dla energetyki słonecznej są półprzewodniki chalkogenkowe o strukturze chalkopirytowej o wzorze I-III-VI2. Materiały te mają wiele zalet w porównaniu z innymi i przyciągnęły uwagę naukowców ze względu na optymalną przerwę energetyczną i wysoki współczynnik absorpcji, co czyni je obiecującymi jako cienkowarstwowe materiały pochłaniające w wysokowydajnych heterozłączowych ogniwach słonecznych. Jednym z przedstawicieli takich materiałów jest selenek miedziowo-indowo-galowy CuIn1–xGaxSe2 (CIGS). Wykazuje on efektywność konwersji energii słonecznej do 23.4%, a w ogniwach słonecznych tandemowych perowskit/CIGS – 24.2%. Dlatego badanie materiałów półprzewodnikowych jest ważnym i aktualnym zadaniem. Pomimo dużej liczby skomplikowanych i kosztownych badań eksperymentalnych, modelowanie teoretyczne w ramach różnych podejść zajmuje ważne miejsce w badaniach i poszukiwaniu nowych materiałów funkcjonalnych. W związku z tym proces tworzenia nowych materiałów i optymalizacji ich właściwości dla różnych zastosowań może być kosztowny i nieefektywny bez predykcyjnych wskazówek teoretycznych. Dlatego preferowanym początkowym etapem projektowania nowych materiałów jest modelowanie komputerowe i symulacje ich właściwości fizycznych. Celem niniejszej pracy było zbadanie właściwości strukturalnych, elektronowych, optycznych, sprężystych i wibracyjnych kryształów I-III-VI2 (I = Cu, Ag, III = Al, Ga, In, VI = S, Se i Te) metodami teoretycznymi. Do tej pory nie przeprowadzono kompleksowego teoretycznego badania właściwości kryształów badanej grupy. Istnieje kilka badań materiałów z tej grupy, których analizę komplikuje stosowanie różnych metod i przybliżeń, które dają różne ograniczenia i w konsekwencji różne odchylenia od eksperymentu. W prezentowanej pracy przeprowadzono szereg badań teoretycznych właściwości fizycznych kryształów rodziny I-III-VI2 (I = Cu, Ag, III = Al, Ga, In, VI = S, Se, Te) w ramach podejścia zunifikowanego. Zbadano strukturę pasmowo-energetyczną osiemnastu kryształów wskazanej grupy i wyjaśniono pochodzenie ich pasm energetycznych wykorzystując teorię funkcjonału gęstości wraz z funkcjonałami wymienno-korelacyjnymi LDA i GGA. Wyjaśniono wpływ zmian składu kationowo-anionowego na strukturę tych poziomów elektronowych w kryształach. Oceniane są ilościowe i jakościowe charakterystyki struktur pasmowych tych kryształów. Pokazano wady stosowania standardowej metody obliczania poziomów energetycznych odpowiadających d-elektronom dla kryształów z jonami In i Ga. Proponuje się wykorzystanie obliczeń z poprawkami Hubbarda (DFT+U), aby uwzględnić wady standardowych metod obliczeniowych.},
 abstract={Obliczono widma optyczne kryształów z grupy I-III-VI2, w tym funkcje dielektryczne, widma absorpcyjne, współczynniki załamania itp. Pokazano możliwość wykorzystania tych materiałów jako warstwy absorbującej w ogniwach słonecznych. W ramach modelu DES obliczono liniową elektrooptykę, współczynniki elektrowirowania i nieliniową podatność drugiego rzędu kryształów AgGaS2. Wykorzystując dyspersję elektronowych objętości polaryzowalności obliczonych ze wzoru Lorentza–Lorenza otrzymano wartość nieliniowej podatności dla λ = 1064 nm. Obliczono właściwości sprężyste dla osiemnastu kryształów z badanej grupy, w tym zachowanie współczynników sprężystości Cij, modułu sprężystości B, modułu Younga E, modułu ścinania G oraz współczynnika Poissona v. Pokazano tendencję do zmian właściwości i ich anizotropii przy izomorficznych podstawieniach składu kationowo-anionowego. Skonstruowano trójwymiarowe powierzchnie rozkładu modułu sprężystości i ich rzuty planarne, co pozwoliło na wizualne ukazanie zmiany anizotropii przy zmianie składu materiału. Przeprowadzono analizę korelacyjną zależności struktura-właściwości i właściwości-właściwości dla wybranych wielkości. Znaleziono szereg korelacji, które wykazują funkcjonalną zależność pomiędzy parametrami fizycznymi dla badanej grupy kryształów. Wyjaśniono osobliwości widma fononowego w ramach przybliżenia harmonicznego w kryształach AgGaX2 (gdzie X = S, Se, Te). Przeprowadzono symetryczną klasyfikacje modów oscylacyjnych i pokazano zgodność wyników teoretycznych z eksperymentalnymi, co weryfikuje zastosowaną technikę. Pokazano strukturę i transformację widma fononowego przy izomorficznym podstawieniu anionu S → Se → Te. Zbadano możliwość kontrolowania właściwości optycznych, elektronowych i sprężystych kryształów poprzez tworzenie stałych roztworów podstawieniowych na przykładzie układu CuGa(S1–xSex)2 dla x = 0, 0.25, 0.5, 0.75 i 1. Podsumowując, możemy stwierdzić, że przeprowadzone są kompleksowe teoretyczne badania kryształów grupy I-III-VI2, a mianowicie struktury elektronowej, właściwości optycznych, sprężystych i wibracyjnych w ramach teorii funkcjonału gęstości. Pokazano możliwości zastosowania i modyfikacji właściwości materiałów w celu efektywnego wykorzystania jako materiałów do energii słonecznej.},
 type={rozprawa doktorska},
 publisher={Uniwersytet Humanistyczno-Przyrodniczy im. Jana Długosza w Częstochowie},
 title={Theoretical study of I-III-VI2 group chalcopyrite crystals for photovoltaic application},
 address={Częstochowa},
 year={2022},
 language={eng},
}