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Eine linear skalierende DFT-Methode und Hochdurchsatz-Rechnungen für p-leitende, transparente Halbleiter : = A Linear Scaling DFT-Method and High-Throughput Calculations for p-Type Transparent Semiconductors
Ort / Verlag
Paderborn
Erscheinungsjahr
2020
Verknüpfte Titel
Beschreibungen/Notizen
Tag der Verteidigung: 09.04.2020
ger: Die Skalierung der Rechenzeit mit der Systemgröße ist immer noch ein Flaschenhals bei elektronischen Strukturberechnungen, insbesondere wenn diese Rechnungen in Molekulardynamik-Simulationen mit tausenden von Kraftberechnungen verwendet werden. Im ersten Teil dieser Dissertation wird ein Dichtefunktionaltheorie-Code mit einem in unserer Gruppe entwickelten linear skalierenden Code kombiniert. Es wird gezeigt, dass die so berechneten Kräfte weißes Rauschen aufweisen. Die Fehler in den Kräften können somit durch den Einsatz einer Langevin-Gleichung für die Molekulardynamik kompensiert werden. Transparente, elektrisch leitende Materialien (TCMs) haben viel Aufmerksamkeit erhalten, da sie aufgrund ihrer weitreichenden Anwendbarkeit, z.B. in Solarzellen und in transparenter Elektronik, ein großes Potential aufweisen. Momentan wird die kommerzielle Anwendung in diesem Bereich von transparenten, elektrisch leitfähigen Oxiden (TCOs) dominiert. Im Gegensatz zur Elektronenleitfähigkeit ist die Lochleitfähigkeit bei diesen Oxiden jedoch unbefriedigend. Der zweite Teil dieser Dissertation behandelt daher die rechnergestützte Suche nach vielversprechenden p-leitenden TCMs. Ein Fokus liegt hierbei auf stickstoff-, phosphor- sowie halogenhaltige binäre und ternäre Verbindungen. Ausgehend von frei zugänglichen theoretischen Datenbanken verfeinern wir unsere Suche durch die Definition geeigneter Kriterien sowie die Berechnung weiterer Größen. Die Implementierung der für die Suche benötigten Methoden, d.h. für die Berechnung der effektiven Masse der Löcher, einer verfeinerten Bandlücke sowie der Defektchemie, wird in dieser Arbeit beschrieben. Zusätzlich wird die Validität der benutzten Methoden und Kriterien diskutiert. Letztendlich schlagen wir einige vielversprechende binäre und ternäre Verbindungen vor.
eng: Scaling with system size is still a bottleneck in electronic structure calculations, especially when they are combined with molecular dynamics, for which typically thousands of force evaluations have to be performed. The first part of this thesis is about the combination of a density functional theory (DFT) code with a linear scaling code developed in our group. This thesis demonstrates that the error in the calculated forces exhibits a white noised character. Thus, the erroneous forces can be compensated by employing Langevin dynamics.Transparent conducting materials (TCMs) have received attention owing to their wide range of applications like solar cells and transparent electronics. However, transparent conducting oxides (TCOs) have been predominantly commercialized as n-type TCMs. In contrast to this, the performance of p-type TCOs is not satisfactory. Hence, the second part of this thesis deals with the computational search for a promising p-type TCM. The focus was on pnictide- and halide-based binary and ternary compounds. Starting from theoretical free-access databases, we established an in silico screening approach by defining suitable criteria and by calculating further properties. The implementation of the methods for calculating the hole effective mass, a more accurate band gap and the defect chemistry of a given material is described in this thesis. Furthermore, we discuss the validity of the employed methods and criteria. Finally, we suggest several binary and ternary compounds, which are promising p-type TCMs based on our chosen criteria.