Υπολογιστική μελέτη υλικών που χρησιμοποιούνται σε ενεργειακές εφαρμογές

Καλογεράκης, Θεόδουλος; Kalogerakis, Theodoulos

dc.contributor.author	Καλογεράκης, Θεόδουλος	el
dc.contributor.author	Kalogerakis, Theodoulos	en
dc.date.accessioned	2025-03-17T12:40:54Z
dc.date.available	2025-03-17T12:40:54Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61347
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29043
dc.rights	Default License
dc.subject	Υπολογισμοί πρώτων αρχών	el
dc.subject	Density functional theory	en
dc.subject	Περοβσκίτες αλογόνων	el
dc.subject	3rd generation photovoltaics	en
dc.subject	3ης γενιάς φωτοβολταϊκά	el
dc.subject	Θεωρία συναρτησιακού πυκνότητας	el
dc.subject	Ab Initio Calculations	en
dc.subject	Halide Perovskites	en
dc.subject	Δισδιάστατοι περοβσκίτες	el
dc.subject	Two demensional perovskites	en
dc.title	Υπολογιστική μελέτη υλικών που χρησιμοποιούνται σε ενεργειακές εφαρμογές	el
dc.title	Computational study of materials used in energy applications	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Φυσική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-10-03
heal.abstract	Η ενεργειακή κρίση που βιώνει η ανθρωπότητα αλλά και η επικινδυνότητα των συμβατικών ορυκτών καυσίμων, αναγκάζουν την έρευνα να στραφεί στη μελέτη πηγών ανανεώσιμης-πράσινης ενέργειας. Η εργασία αυτή στοχεύει στην υπολογιστική μελέτη ημιαγώγιμων υλικών, με έμφαση στους περοβσκίτες αλογόνων, που έχουν εφαρμογές σε φωτοβολταϊκά κελιά. Οι περοβσκίτες αλογόνων έχουν αποκτήσει ιδιαίτερο ενδιαφέρον τα τελευταία 15 χρόνια σε αυτό το τομέα, λόγω των πλεονεκτικών ιδιοτήτων που τους χαρακτηρίζουν. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το ελεγχόμενο ενεργειακό χάσμα, το οποίο ρυθμίζεται από την αναλογία του αλογόνου που χρησιμοποιείται. Οι υπολογισμοί θεμελιώνονται μέσω της Θεωρίας Συναρτησιακού Πυκνότητας (DFT), αλλά επεκτείνονται και σε άλλα μοντέλα όπως τα Hybrid-Functionals και της μεθόδου GW. H μελέτη αφορά τις ηλεκτρονιακές ιδιότητες των υλικών, όπως οι ενεργειακές ζώνες, τα διαγράμματα πυκνότητας καταστάσεων, εύρεση ενεργειακού χάσματος και διηλεκτρικής συνάρτησης. Το αντικείμενο της εργασίας έχει χωρισθεί σε δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος αναφέρονται τα εισαγωγικά στοιχεία και βασικές αρχές στις οποίες βασίζεται η θεώρηση των υλικών και η μοντελοποίηση τους. Ενώ στο δεύτερο μέρος παρουσιάζονται τα αποτελέσματα και οι ηλεκτρονιακές ιδιότητες των υλικών από τους υπολογισμούς Ab Initio χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα VASP. Συνοπτικά τα θέματα που αναφέρονται στην εργασία είναι τα εξής: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία εισαγωγή στους ημιαγωγούς, περοβσκίτες και τα φωτοβολταϊκά κελιά, στο δεύτερο αναφέρεται το πρόβλημα το πολλών σωμάτων (ηλεκτρονίων) και οι προσεγγίσεις επίλυσής του και στο τρίτο δίνονται οι ορισμοί βασικών εννοιών και φυσικών ποσοτήτων των κρυσταλλικών στερεών. Οι ποσότητες αυτές στη συνέχεια μελετώνται υπολογιστικά στο δεύτερο μέρος. Το δεύτερο μέρος αφορά τους υπολογισμούς και συγκεκριμένα στο τέταρτο κεφάλαιο μελετώνται κάποιοι συνήθεις ημιαγωγοί, ώστε να κατανοηθούν οι δυνατότητες των υπολογισμών σε τέτοιου είδους συστήματα που η DFT εμφανίζει αδυναμίες. Στη συνέχεια, στο πέμπτο κεφάλαιο αναζητούνται τα υπολογιστικά μοντέλα που δίνουν ικανοποιητικά αποτελέσματα σε σχέση με το πείραμα και εφαρμόζονται σε περοβσκίτες αλογόνων με βάση το μόλυβδο. Τέλος στο έκτο κεφάλαιο οι υπολογισμοί επεκτείνονται σε μεγάλα συστήματα, τα οποία περιέχουν περίπου 150 ατόμων ανά υπερκυψελίδα, δισδιάστατων περοβσκιτών αλογόνων, οι οποίοι δείχνουν μεγάλη προοπτική για το μέλλον των φωτοβολταϊκών.	el
heal.abstract	The energy crisis humanity is facing, along with the dangers posed by conventional fossil fuels, is driving research towards the study of renewable-green energy sources. This work aims at the computational study of semiconducting materials, with an emphasis on halide perovskites, which have applications in photovoltaic cells. Halide perovskites have gained significant interest in this field over the past 15 years due to their advantageous properties. A characteristic example is their tunable energy gap, which is controlled by the ratio of halides used. The calculations are based on fundamental principles (Ab Initio) which are founded through Density Functional Theory, as well as models like Hybrid-Functionals and the GW method. The study is concerned with the electronic properties of materials, such as band-structure, density of states diagrams and band gap, dielectric function finding. The subject of the work is divided into two parts. In the first part, the introductory elements and fundamental principles upon which the modeling of the materials are based, is discussed. In the second part, the results and electronic properties of the materials obtained from Ab Initio calculations using the VASP program are presented. In summary, the topics covered in the work are as follows. Regarding the first part, the first chapter introduces the semiconductors, perovskites, and photovoltaic cells, the second chapter addresses the many-body (electron) problem and the approaches to solve it are mentioned and the third chapter presents the definition of basic concepts and physical quantities of crystalline solids. These quantities are then studied in the second part. The second part concerns the calculations, specifically in the fourth chapter some common semiconductors are studied in order to understand the potential of calculations in such systems where DFT shows weaknesses. Then, in the fifth chapter, computational models that yield satisfactory results with respect to experiments are explored and applied to lead-based halide perovskites. Finally, in the sixth chapter the calculations are expanded to large systems, consisting of approximately 150 atoms per supercell, focusing on two-dimensional halide perovskites, which show great promise for the future of photovoltaics.	en
heal.advisorName	Τσέτσερης, Λεωνίδας
heal.advisorName	Tsetseris, Leonidas
heal.committeeMemberName	Τσέτσερης, Λεωνίδας
heal.committeeMemberName	Γιαννόπαπας, Βασίλειος
heal.committeeMemberName	Κόντος, Αθανάσιος
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	94
heal.fullTextAvailability	false