Base de Matériaux

Référence des matériaux locaux, personnalisés et fédérés utilisés par SPARC

Vue d'ensemble

SPARC combine trois niveaux de données : matériaux locaux définis dans simulations/materials_database.py, matériaux personnalisés persistés en SQLite, et résultats externes Materials Project / OPTIMADE quand les dépendances, clés et providers sont disponibles.

Matériaux intégrés (17 matériaux validés)

Tous les paramètres ci-dessous sont issus de la littérature NREL, Green et al. (2023), Vurgaftman (2001) et des références indiquées dans le code source. Les valeurs correspondent exactement à celles utilisées par le solveur Sesame.

Propriétés Physiques

Chaque matériau dans SPARC est défini par les propriétés physiques suivantes :

Matériau Personnalisé

Vous pouvez définir vos propres matériaux en spécifiant leurs propriétés dans le fichier de configuration JSON :

{
  "Eg": 1.34,
  "Nc": 4.7e17,
  "Nv": 9.0e18,
  "mu_e": 100.0,
  "mu_h": 25.0,
  "eps": 13.6,
  "tau_e": 1e-8,
  "tau_h": 1e-8,
  "chi": 4.07
}

Intégration Materials Project

SPARC peut se connecter à la base de données Materials Project pour accéder à des milliers de matériaux avec leurs propriétés calculées.

Configuration

Pour utiliser Materials Project, vous devez configurer une clé API dans le fichier .env :

MATERIALS_PROJECT_API_KEY=votre_cle_api
# Alias acceptés : MP_API_KEY, MAPI_KEY

Obtenir une Clé API

1. Créer un compte sur next-gen.materialsproject.org
2. Aller dans la section API
3. Générer une nouvelle clé API
4. Copier la clé dans votre fichier .env

Utilisation

Une fois configuré, SPARC peut automatiquement récupérer les propriétés des matériaux depuis Materials Project en utilisant leur formule chimique.

Exemples de Propriétés par Matériau

Silicium (Si) — Référence NREL / Richter 2012

{
  "Eg": 1.1247,
  "Nc": 2.86e19,
  "Nv": 2.66e19,
  "mu_e": 1400,
  "mu_h": 450,
  "epsilon": 11.7,
  "tau_e": 1e-5,
  "tau_h": 1e-5,
  "affinity": 4.05,
  "Cn_Auger": 2.8e-31,
  "Cp_Auger": 1e-31,
  "B_rad": 4.73e-15,
  "type": "indirect"
}

Arséniure de Gallium (GaAs) — Référence NREL

{
  "Eg": 1.424,
  "Nc": 4.7e17,
  "Nv": 7.0e18,
  "mu_e": 8500,
  "mu_h": 400,
  "epsilon": 13.1,
  "tau_e": 1e-6,
  "tau_h": 1e-7,
  "affinity": 4.07,
  "Cn_Auger": 5e-30,
  "Cp_Auger": 2e-30,
  "B_rad": 1.8e-10,
  "type": "direct"
}

Tellurure de Cadmium (CdTe) — Référence NREL / Bhatt 1999

{
  "Eg": 1.50,
  "Nc": 2.2e18,
  "Nv": 1.8e19,
  "mu_e": 1050,
  "mu_h": 50,
  "epsilon": 10.2,
  "tau_e": 1e-6,
  "tau_h": 1e-6,
  "affinity": 3.8,
  "Cn_Auger": 5e-30,
  "Cp_Auger": 2e-30,
  "B_rad": 2e-10,
  "type": "direct"
}

Pérovskite MAPbI₃ — Référence Richter 2016 / Stranks 2013

{
  "Eg": 1.58,
  "Nc": 2.2e18,
  "Nv": 1.8e19,
  "mu_e": 28,
  "mu_h": 12,
  "epsilon": 25.5,
  "tau_e": 1e-6,
  "tau_h": 1e-6,
  "affinity": 3.9,
  "Cn_Auger": 2e-28,
  "Cp_Auger": 2e-28,
  "B_rad": 5e-10,
  "type": "direct"
}

Utilisation dans les Simulations

Pour utiliser un matériau dans une simulation, spécifiez-le dans la configuration JSON :

{
  "simulation_name": "si_homo",
  "simulation_type": "homojunction",
  "materials": {
    "active": "Si"
  },
  "geometry": {
    "thickness_n": 2e-4,
    "thickness_p": 3e-4
  },
  "doping": {
    "n_region": 1e17,
    "p_region": 1e15
  }
}

Matériaux pour Hétérojonctions

Pour les simulations d'hétérojonctions, vous devez spécifier deux matériaux :

{
  "simulation_name": "cds_cdte_hetero",
  "simulation_type": "heterojunction",
  "materials": {
    "n_type": "CdS",
    "p_type": "CdTe"
  },
  "geometry": {
    "thickness_n": 1e-5,
    "thickness_p": 2e-4
  },
  "doping": {
    "n_region": 1e18,
    "p_region": 1e15
  }
}

API Matériaux

SPARC expose une API pour interagir avec la base de matériaux :

Lister tous les matériaux

curl http://localhost:5000/api/materials

Détails d'un matériau

curl http://localhost:5000/api/material/Si

Recherche par gap

curl -X POST http://localhost:5000/api/materials/search \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"min_Eg": 1.0, "max_Eg": 2.0}'

Références

Les propriétés des matériaux inclus dans SPARC sont basées sur les références suivantes :

• Semiconductor Physics - Grundmann, M. (2010)
• Properties of Advanced Semiconductor Materials - Adachi, S. (2005)
• Materials Project Database - Jain et al. (2013)
• Handbook of Photovoltaic Science and Engineering - Luque & Hegedus (2011)