EA030596B1 - НАНОПРОВОЛОЧНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ С РАДИАЛЬНЫМИ p-n-ПЕРЕХОДАМИ - Google Patents
НАНОПРОВОЛОЧНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ С РАДИАЛЬНЫМИ p-n-ПЕРЕХОДАМИ Download PDFInfo
- Publication number
- EA030596B1 EA030596B1 EA201690366A EA201690366A EA030596B1 EA 030596 B1 EA030596 B1 EA 030596B1 EA 201690366 A EA201690366 A EA 201690366A EA 201690366 A EA201690366 A EA 201690366A EA 030596 B1 EA030596 B1 EA 030596B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- nanowire
- type
- core
- efficiency
- tco
- Prior art date
Links
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 title claims abstract description 186
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 66
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 36
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 74
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 39
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 38
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 38
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 34
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 33
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 32
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 31
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 31
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 30
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 24
- 230000009102 absorption Effects 0.000 description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 10
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 10
- 230000009103 reabsorption Effects 0.000 description 9
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 8
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 7
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 239000002784 hot electron Substances 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- -1 Al x Gai -x As Chemical class 0.000 description 1
- 241000127225 Enceliopsis nudicaulis Species 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 1
- 238000000205 computational method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000135 prohibitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0236—Special surface textures
- H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035209—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures
- H01L31/035227—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures the quantum structure being quantum wires, or nanorods
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/03529—Shape of the potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
- H01L31/0693—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells the devices including, apart from doping material or other impurities, only AIIIBV compounds, e.g. GaAs or InP solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
- H01L31/0735—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising only AIIIBV compound semiconductors, e.g. GaAs/AlGaAs or InP/GaInAs solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
- H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Описан фотоэлектрический элемент, содержащий по меньшей мере одну нанопроволочную структуру, прикрепленную к подложке, при этом каждая по меньшей мере из одной нанопроволочной структуры содержит сильнолегированный сердечник p-типа, проксимальный конец которого прикреплен к подложке, а дистальный конец находится на удалении от подложки, и оболочку n-типа вокруг сердечника p-типа.
Description
изобретение относится к фотоэлектрическим элементам, в частности нанопроволочным солнечным элементам с радиальными p-n-переходами для обеспечения высокой эффективности преобразования солнечной энергии.
Уровень техники
В фотоэлектрических элементах обычно применяется планарная тонкопленочная структура, в которой отрицательно легированный материал (n-типа) помещен поверх положительно легированного материала (р-типа) или положительно легированный материал (р-типа) помещен поверх отрицательно легированного материала (n-типа). В этих планарных фотоэлектрических элементах светопоглощающий слой должен быть достаточно толстым, чтобы эффективно собирать падающие фотоны, энергия которых превышает энергия собственного поглощения светопоглощающего материала. Однако при утолщении светопоглощающего слоя в планарной структуре снижается эффективность собирания фотовозбужденных носителей, поскольку толщина светопоглощающего слоя может превышать диффузионную длину неосновных носителей. Соответственно, в конструкции типичных планарных фотоэлектрических элементов должен обеспечиваться компромисс между толщиной светопоглощающего слоя для эффективного поглощения света и эффективностью собирания носителей, что огранивает эффективность этих устройств.
Например, светопоглощающий слой типичных тонкопленочных арсенид-галлиевых солнечных элементов должен иметь толщину в несколько микрон, чтобы эффективно поглощать фотоны, энергия которых превышает энергию собственного поглощения, но, поскольку диффузионная длина неосновных носителей обычно составляет всего несколько сот нанометров, многие из фотовозбужденных носителей не могут быть собраны.
В качестве альтернативы планарным p-n-переходам фотоэлектрических элементов изучаются радиальные p-n-переходы. В этих структурах из подложки выходит длинный центральный сердечник p-типа, вокруг которого навита оболочка n-типа. В альтернативных конфигурациях сердечник состоит из материала n-типа, а оболочка из материала p-типа. При использовании этой структуры в оболочке собираются фотовозбужденные носители одного из двух типов ортогонально поглощению света по длине сердечника. В отличие от планарных p-n-переходов при увеличении длины сердечника с целью улучшения поглощения света не увеличивается расстояние, которое должны проходить носители до их собирания, и, соответственно, не требуется компромисс между поглощением света и собиранием носителей, характерный для типичных планарных устройств.
Недавние достижении в формировании нанопроволоки на подложках позволили изготавливать фотоэлектрические элементы с радиальными p-n-переходами. Тем не менее, эффективность, достигаемая при использовании этих радиальных p-n-переходов, является значительно меньшей, чем у соответствующих планарных устройств, в результате чего эффективность преобразования солнечной энергии составляет менее 10% в условиях освещения солнечным спектром AM1.5G.
Желательно, чтобы эффективность фотоэлектрических элементов на одном переходе была максимально приближена к пределу Шокли-Квайссера на уровне ~33,5% или даже превосходила его, поскольку при более высокой эффективности солнечных элементов увеличивается количество солнечной энергии, собираемой на квадратный метр панели солнечной батареи, уменьшается ее площадь и потенциально снижается стоимость установки.
Сущность изобретения
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предложен фотоэлектрический элемент, содержащий по меньшей мере одну нанопроволочную структуру, прикрепленную к подложке, при этом каждая по меньшей мере из одной нанопроволочной структуры содержит сильнолегированный сердечник p-типа, проксимальный конец которого прикреплен к подложке, а дистальный конец находится на удалении от подложки; и оболочку n-типа вокруг сердечника p-типа.
Нанопроволока из сердечника p-типа и оболочки n-типа позволяет улучшить собирания носителей по сравнению с планарными фотоэлектрическими элементами, что потенциально повышает эффективность солнечных элементов. В отличие от планарных фотоэлектрических элементов, эффективность которых снижается с усилением легирования p-типа, обнаружено, что за счет сильного легирования нанопроволочного сердечника p-типа значительно повышается эффективность солнечных элементов.
В некоторых примерах осуществления сердечник p-типа и оболочка n-типа представляют собой соединения AInBV.
В некоторых примерах осуществления сердечник p-типа состоит из арсенида галлия (GaAs), а оболочка n-типа состоит из AlxGa1-xAs. Арсенид-галлиевые соединения особо применимы в фотоэлектрических элементах, поскольку их энергия собственного поглощения, составляющая около 1,4 эВ, обеспечивает высокую эффективность солнечных элементов в соответствии с моделью Шокли-Квайссера.
В некоторых примерах осуществления х (мольная доля AI) имеет величину, меньшую или равную 0,2. При мольной доле Al 0,2 может сводиться к минимуму поверхностная рекомбинация и энергетический барьер в зоне проводимости на границе между сердечником и оболочкой из нанопроволоки.
В некоторых примерах осуществления сердечник p-типа достаточно сильно легирован по меньшей мере для одного из следующего: доведения до максимума расщепления энергетического квазиуровня
- 1 030596
Ферми, доведения до максимума электрического поля p-n-перехода нанопроволочной структуры, расширения спектра поглощения нанопроволочной структуры и доведения до максимума дифракции или отражения солнечного света внутрь сердечника. За счет доведения до максимума дифракции и/или отражения внутрь сердечника может уменьшаться отражение света, усиливаться оптическое ограничение, а также доводиться до максимума перепоглощение фотонов.
В некоторых примерах осуществления концентрация легирующей примеси в сердечнике p-типа со183 193
ставляет более 10 см-, предпочтительно 10 см- .
В некоторых примерах осуществления оболочка n-типа слабо легирована. За счет слабого легирования нанопроволочной оболочки n-типа может сводиться к минимуму потеря носителей вследствие рассеяния носителей на носителях и тем самым доводиться до максимума эффективность собирания носителей и эффективность преобразования солнечной энергии. Кроме того, за счет слабого легирования оболочки n-типа может доводиться до максимума обедненная область оболочки для сведения к минимуму рекомбинации носителей в оболочке и, следовательно, может доводиться до максимума эффективность собирания носителей и эффективность преобразования солнечной энергии.
В некоторых примерах осуществления концентрация легирующей примеси в оболочке n-типа составляет менее 1017 см-3, предпочтительно около 1016 см-3.
В некоторых примерах осуществления концентрация примеси в сердечнике p-типа составляет от 1016 см-3 или более до менее 1018 см-3.
В некоторых примерах осуществления оболочка n-типа является достаточно тонкой для сведения к минимуму рекомбинации носителей в оболочке n-типа. Кроме того, тонкая слаболегированная оболочка может способствовать собиранию электронов высокой энергии или горячих электронов и, следовательно, позволяет достигать сверхвысокой эффективности преобразования солнечной энергии.
В некоторых примерах осуществления оболочка n-типа имеет толщину от 20 до 50 нм, предпочтительно 40 нм.
В некоторых примерах осуществления диаметр сердечника p-типа является достаточно большим для доведения до максимума перекрывания спектра поступающего солнечного света и оптических мод излучения нанопроволоки. Диаметр сердечника p-типа также может являться достаточно большим для обеспечения надлежащего равновесия между собиранием носителей и степенью перекрывания спектра поступающего солнечного света и оптических мод излучения нанопроволоки.
В некоторых примерах осуществления диаметр сердечника p-типа составляет более 300 нм, предпочтительно 400 нм.
В некоторых примерах осуществления длина нанопроволоки является достаточно большой для поглощения глубокопроникающих компонентов спектра поступающего солнечного света. Длина нанопроволоки может быть ограничена во избежание вредного воздействия сильного нагромождения дырок.
В некоторых примерах осуществления длина нанопроволоки составляет от 5 до 7 мкм, предпочтительно 6 мкм.
В некоторых примерах осуществления подложка содержит кремний.
В некоторых примерах осуществления подложка содержит слой графита (такого как графен или модифицированный графен). Поскольку слои графита обладают высокой проводимостью, они могут повышать эффективность преобразования солнечной энергии и сводить к минимуму потери носителей.
В некоторых примерах осуществления дистальный конец нанопроволоки имеет неотражающее покрытие.
В некоторых примерах осуществления каждая по меньшей мере из одной нанопроволочной структуры покрыта прозрачным проводящим оксидом (ТСО).
В некоторых примерах осуществления по меньшей мере над одной нанопроволочной структурой находится планарный контакт из ТСО.
В некоторых примерах осуществления между планарным контактом из ТСО и по меньшей мере одной нанопроволочной структурой расположен изолирующий полимер.
В некоторых примерах осуществления сердечник p-типа имеет радиус более 300 нм (предпочтительно 400 нм) и состоит из арсенида галлия с концентрацией легирующей примеси более 1018 см-3 (предпочтительно 1019 см-3), оболочка n-типа имеет толщину менее 50 нм (предпочтительно 40 нм) и состоит из Al0.2Ga0.8As с концентрацией легирующей примеси менее 1017 см-3 (предпочтительно 1016 см-3), а нанопроволочная структура имеет длину от 5 до 7 мкм, предпочтительно около 6 мкм. За счет этого сочетания параметров материалов и размеров нанопроволоки может достигаться высокая эффективность солнечных элементов более 20%, предпочтительно более 30%.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ изготовления фотоэлектрического элемента, содержащего по меньшей мере одну нанопроволоку, выращенную на подложке, включающий выращивание нанопроволоки, содержащей сильнолегированный сердечник p-типа, проксимальный конец которого прикреплен к подложке, а дистальный конец находится на удалении от подложки, и оболочку n-типа вокруг сердечника p-типа.
В другом варианте осуществления, настоящего изобретения предложен солнечный элемент, содержащий множество фотоэлектрических элементов согласно описанным выше вариантам осуществления,
- 2 030596
образующих массив с процентом уплотнения более 8%, предпочтительно более 20%, более предпочтительно 50-55%. За счет плотного размещения фотоэлектрических элементов в солнечном элементе улучшается улавливание света и тем самым повышается эффективность солнечного элемента.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения предложен фотоэлектрический элемент, содержащий по меньшей мере одну нанопроволочную структуру, прикрепленную к подложке, при этом каждая по меньшей мере из одной нанопроволочной структуры содержит планарный контакт из ТСО по меньшей мере над одной нанопроволочной структурой, а между планарным контактом из ТСО и по меньшей мере одной нанопроволочной структурой расположен изолирующий полимер; сердечник pтипа, проксимальный конец которого прикреплен к подложке, а дистальный конец находится на удалении от подложки; и оболочку n-типа вокруг сердечника p-типа.
Краткое описание чертежей
Далее подробно описаны примеры предложенного в настоящем изобретении решения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых
на фиг. 1 показано поперечное сечение состоящего из одного сердечника и оболочки нанопроволочного солнечного элемента на подложке,
на фиг. 2А и 2Б схематически показаны солнечные элементы, состоящие из массива нанопроволочных сердечников и оболочек на подложке,
на фиг. 3 показана трехслойная панель, иллюстрирующая способ вычисления, используемый для определения оптимальных параметров нанопроволоки,
на фиг. 4 показаны диаграммы энергетических зон в состоянии короткого замыкания для определенного диапазона концентраций примеси в нанопроволочном сердечнике p-типа,
на фиг. 5 показана диаграмма зависимости плотности тока короткого замыкания и напряжения разомкнутой цепи от концентрации примеси в нанопроволочном сердечнике p-типа,
на фиг. 6 показаны профили электрического поля в состоянии короткого замыкания для определенного диапазона концентраций примеси в нанопроволочном сердечнике p-типа,
на фиг. 7 показаны диаграммы энергетических зон в состоянии короткого замыкания для определенного диапазона концентраций примеси в нанопроволочной оболочке n-типа,
на фиг. 8 показана диаграмма зависимости плотности тока короткого замыкания и напряжения разомкнутой цепи от концентрации примеси в нанопроволочной оболочке n-типа,
на фиг. 9 показаны профили электрического поля в состоянии короткого замыкания для определенного диапазона концентраций примеси в нанопроволочной оболочке n-типа,
на фиг. 10 показан график зависимости эффективности солнечного элемента из нанопроволоки от концентрации легирующей примеси в нанопроволочном сердечнике p-типа и концентрации легирующей примеси в нанопроволочной оболочке n-типа,
на фиг. 11 показаны диаграммы энергетических зон в состоянии короткого замыкания для определенного диапазона мольных долей Al в нанопроволочной оболочке,
на фиг. 12 показаны профили электрического поля в состоянии короткого замыкания для определенного диапазона мольных долей Al в нанопроволочной оболочке,
на фиг. 13 показан график зависимости плотности тока короткого замыкания и напряжения разомкнутой цепи от мольной доли Al в нанопроволочной оболочке,
на фиг. 14 показан график зависимости эффективности солнечного элемента от мольной доли Al в нанопроволочной оболочке,
на фиг. 15 показан график зависимости эффективности солнечного элемента от диаметра нанопроволочного сердечника p-типа для определенного диапазона длин нанопроволоки,
на фиг. 16 показан график зависимости эффективности солнечного элемента от длины нанопроволоки,
на фиг. 17 показаны профили плотностей дырочного тока на протяжении длины нанопроволоки для определенного диапазона длин нанопроволоки,
на фиг. 18 показан график зависимости эффективности солнечного элемента от толщины оболочки с различными типами контактов из ТСО,
на фиг. 19 показан график, иллюстрирующий характеристики J-V (зависимость между действующим значением плотности тока и напряжением) нанопроволоки с различными типами контактов из ТСО в оптимальных условиях,
на фиг. 20 показан график, иллюстрирующий характеристики J-V нанопроволоки с различными типами контактов из ТСО в идеальных теоретических условиях,
на фиг. 21 показаны диаграммы энергетических зон различных типов контактов из ТСО в оптимальных условиях,
на фиг. 22 показаны плотности носителей для профилей нанопроволоки с различными типами контактов из ТСО в оптимальных условиях,
на фиг. 23 показаны скорости рекомбинации для профилей нанопроволоки с различными типами контактов из ТСО в оптимальных условиях,
на фиг. 24 показан график, иллюстрирующий влияние процента уплотнения нанопроволочного мас- 3 030596
сива на эффективность солнечных элементов,
на фиг. 25 показан график, иллюстрирующий характеристики J-V, эффективность солнечного элемента, напряжение разомкнутой цепи и коэффициент заполнения нанопроволочного массива в определенном диапазоне зенитных углов падения солнечных лучей, и
на фиг. 26 показан график, иллюстрирующий характеристики J-V, эффективность солнечного элемента, напряжение разомкнутой цепи и коэффициент заполнения нанопроволочного массива в определенном диапазоне азимутальных углов падения солнечных лучей.
Подробное описание изобретения
Рассмотрим фиг. 1, на которой показано поперечное сечение типичной нанопроволочной структуры. Сердечник 120 p-типа может быть выращен на подложке 110, например, некаталитическим или каталитическим способом или может быть изготовлен какими-либо другими способами, который обеспечивают прикрепление дистального конца к подложке 110 и нахождение дистального конца на удалении от подложки 110. Сердечником p-типа может являться соединение AIIIBV, такое как GaAs (арсенид галлия), поскольку за счет своей энергии собственного поглощения около 1,4 эВ он применим для обеспечения максимальной эффективности солнечных элементов в соответствии с моделью Шокли-Квайссера. Подложкой 110 может являться подложка p-типа, позволяющая носителям протекать через нее из сердечника p-типа.
Подложкой 110 может являться, например, кремниевая подложка p-типа или любой другой полупроводник. Подложка 110 может содержать слой с высокой электропроводимостью, такой как слой графита. Подложка может содержать сочетание слоев, например, кремниевую основу с тонким слоем графита поверх или даже слой графита поверх изолирующего слоя, такого как стекло. Специалистам в данной области техники ясно, какую подложку следует выбрать, позволяющую выращивать нанопроволочные сердечники и оболочки, остающиеся зафиксированными на ней, и при этом обеспечивающую перенос возбуждаемых носителей заряда.
Вокруг сердечника 120 p-типа сформирована оболочка 130 n-типа. Оболочка n-типа может быть выращена вокруг сердечника p-типа также некаталитическим или каталитическим способом или какимилибо другими способами. Оболочкой n-типа может являться соединение AinBV, такое как AlxGai-xAs, в котором ''х'' означает мольную долю Al.
Оболочка 130 n-типа может быть электрически изолирована от подложки 110 изолирующим слоем 140, находящимся между оболочкой 130 и подложкой 110. Этим изолирующим слоем может являться, например, SiO2, и он может осаждаться на подложку до выращивания сердечника p-типа и оболочки nтипа.
Для обеспечения электрического контакта с оболочкой 130 n-типа может быть предусмотрен конформный контакт или планарный верхний контакт из прозрачного проводящего оксида (ТСО) 150 или осажденного поверх слоя графита.
Для подсоединения электрической нагрузки на верхнюю сторону 160 и нижнюю сторону 170 могут быть осаждены металлические контакты, при этом верхний металлический контакт 160 соприкасается со слоем 150 ТСО или слоем графита и соответственно оболочкой n-типа, а нижний металлический контакт 170 соприкасается с подложкой 110 p-типа и соответственно сердечником 120 p-типа.
На фиг. 2А схематически показан массив из нанопроволоки на подложке 210. Проиллюстрирована одна нанопроволока с находящимся внутри посередине нее сердечником 220 p-типа, отходящим от подложки 210, при этом сердечник 220 p-типа окружен оболочкой 230 n-типа, а вся нанопроволока покрыта слоем 250 ТСО. На фиг. 2 показано, что между подложкой 210 и оболочкой 230 n-типа может находиться изолирующий слой 240, такой как SiO2. К отрицательному выводу электрической нагрузки 280 подсоединен верхний металлический контакт 260, а к положительному выводу электрической нагрузки 280 подсоединен нижний контакт 270.
Когда на нанопроволочный массив падает свет 290, обычно солнечного спектра AM1.5G, в каждой нанопроволоке происходит возбуждение носителей, и через электрическую нагрузку 280 протекает ток
На фиг. 2Б схематически проиллюстрирован вариант осуществления, альтернативный варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг. 2А. Как и на фиг. 2А, показана одна нанопроволока с находящимся внутри посередине нее сердечником 220 p-типа, отходящим от подложки 210, при этом сердечник 220 p-типа окружен оболочкой 230 n-типа. Между подложкой 210 и оболочкой 230 n-типа может находиться изолирующий слой 240, такой как SiO2, а под подложкой 210 находится нижний контакт 270. Хотя на фиг. 2А проиллюстрирован конформный слой ТСО, которым покрыта каждая отдельная нанопроволочная структура, в варианте осуществления, проиллюстрирован на фиг. 2Б, предусмотрен планарный контакт из ТСО 256, покрывающий массив нанопроволоки, при этом с планарным контактом из ТСО 256 соприкасается верхний металлический контакт 260. Планарный контакт из ТСО 256 может опираться на прозрачный слой, предпочтительно изолирующий полимер 255, который преимущественно окружает каждую из нанопроволочных структур и заполняет зазоры между нанопроволочными структурами, эффективно концентрируя и удерживая солнечный свет в нанопроволоке с целью его максимального поглощения и перепоглощения фотонов и тем самым доведения до максимума эффективности преобразования солнечной энергии.
- 4 030596
В некоторых примерах осуществления нанопроволока является преимущественно цилиндрической с цилиндрическим сердечником и цилиндрической оболочкой вокруг нее. Нанопроволока может иметь преимущественно призматическую форму с n-сторонним многоугольным основанием, таким как шестиугольник, на проксимальном конце призмы, соприкасающемся с подложкой, и другую форму дистального конца на удалении от подложки. В других примерах осуществления нанопроволока является преимущественно конической с основанием на проксимальном конце вблизи подложки и вершиной на дистальном конце на удалении от подложки. В некоторых примерах осуществления между оболочкой n-типа и ТСО или слоем графита находится сильнолегированный колпачок n-типа.
Физические процессы в радиальных p-n-переходах, отличаются от процессов, протекающих в фотоэлектрических элементах с установленным планарным p-n-переходом. Соответственно, при конструировании эффективного радиального p-n-перехода не требуется подвергать сомнению хорошо известные предположения, конструктивные соображения и предубеждения в отношении планарных p-n-переходов, чтобы добиться максимальной эффективности солнечного элемента. Таким образом, для изучения физических процессов в новом радиальном p-n-переходе необходимо применять новые вычислительные методы и соображения.
В устройствах с p-n-переходами важным соображением может являться перенос неосновных носителей, поскольку он может регулировать перенос основных носителей. Соответственно, чтобы получить желаемые вольтамперные характеристики, при конструировании радиального p-n-перехода следует уделять внимание переносу неосновных носителей.
В отличие от солнечных элементов с планарными p-n-переходами границы нанопроволочных солнечных элементов с радиальными p-n-переходами являются по существу трехмерными. Соответственно, несмотря на более высокую стоимость вычислений, в предлагаемом решении нанопроволочный солнечный элемент с радиальными p-n-переходами моделируется в трех измерениях, при этом определяются граничные условия, такие как радиальные граничные условия. В традиционных подходах обычно применяются двухмерное моделирование, чтобы снизить сложность вычислений при моделировании, но было обнаружено, что ошибки, характерные для таких упрощенных вычислений, являются достаточно большими для обеспечения трехмерного анализа.
Поскольку требования к вычислениям являются ключевым фактором при моделировании характеристик p-n-переходов, а применение трехмерной модели значительно повышает стоимость вычислений, необходимо каким-либо иными способом обеспечить эффективность вычислений, чтобы требуемые вычислительные ресурсы оставались осуществимых пределах. Соответственно, для моделирования электрических и оптических свойств радиальных p-n-переходов в предлагаемом решении применяется метод конечных элементов и методы матриц переходов. Более точно, для моделирования переносов света в устройстве применяется подход на основе комплексного волнового импеданса, а для определения переносов тока решается уравнение Пуассона и уравнения непрерывности носителей.
В выполняемых вычислениях используется нанопроволочная структура, образованная сердечником из GaAs и оболочкой из AlxGai-xAs. Тем менее, специалистам в данной области техники должно быть ясно, как приспособить вычисления к любой структуре из сердечника p-типа и оболочки n-типа, такой как из соединений AIIIBV, и как результаты этого моделирования могут быть приспособлены к другим выбираемым материалам.
Поскольку обнаружено, что высокая эффективность вычислений достигается при диаметре сердечника 100 нм, толщине оболочки 100 нм и длине нанопроволоки 3 мкм, там, где эти параметры изначально не меняются, они используются для моделирования, в особенности, когда они соответствуют тому, что практически осуществимо при конструировании.
С целью повышения эффективности вычислений при моделировании может быть выгодным моделирование только одной нанопроволочной структуры, а не массива. Это упрощение приемлемо, поскольку единственным фактором, не учитываемым при рассмотрении отдельной нанопроволоки вместо массива, является фактор улавливание/концентрирования/удерживания света, который не снижает эффективность солнечного элемента при расчете любым способом. Напротив, фактор улавливание/концентрирования/удерживания света может дополнительно повышать рассчитанную эффективность солнечного элемента.
Чтобы обеспечить надлежащий компромисс между требованиями к вычислениям и реалистичными результатами, при моделировании распространения солнечного света через GaAs/AlxGa1-xAs нанопроволочный солнечный элемент из сердечника и оболочки с одним радиальным p-n-переходом применяется подход на основе комплексного волнового импеданса. Этот подход может применяться для эффективного вычисления распространения электромагнитных волн методом матриц переходов и методом конечных элементов. Он предусматривает представление среды распространения в виде мелких фрагментов, конструирование матрицы переходов для каждого фрагмента и решение матриц переходов методом конечных элементов.
На фиг. 3 проиллюстрирован подход на основе комплексного волнового импеданса с использованием трехслойной панели 310, 320 и 330 в качестве примера. В этом примере рас смотрены две световые волны Ψ1 и Ψ2, распространяющиеся через трехслойную панель 310, 320 и 330 в противоположных на- 5 030596
правлениях. Световая волна Ψ1 имеет распространяющийся в прямом направлении компонент 11 351, обозначенный верхним индексом и стрелкой 352. Световая волна Ψ1 также имеет распространяюшщийся в обратном направлении компонент ι 341, обозначенный верхним индексом ''-'' и стрелкой 342. При прохождении каждой световой волны через определенный слой nx-1 310, nx 320 и nx+1 330 панели, Ψ,+...
слой, через который проходит волна, обозначается нижним индексом. Например, компонентом является распространяющийся в прямом направлении компонент Ψ2 в крайнем правом слое nx+1 330.
Компоненты х и х световых волн, распространяющиеся в прямом направлении в центральном слое nx 320, представлены следующим уравнением:
в котором означает матрицу переходов для границы между центральным слоем nx 320 и правым слоем nx+1 330.
Ψ7 ΨΓ
Компоненты х и х световых волн, распространяющиеся в обратном или отраженном направлении в центральном слое nx 320, представлены следующим уравнением:
в котором ξχ(1) означает матрицу переходов распространения для центрального слоя nx 320. Матрица ξχ(1) переходов распространения и граничная матрица ξ^^ переходов представлены следующими уравнениями:
£2πί·ηχ-cos(6xl/A) 0 I
Q ΰ-2πί·ηχ·ΐΛ3(θχΙΙλ)\
ξχ,Χ+Ί —
2ΖΧ
Ζχ + Ζζ+ι
i-Ζχ X
zv — zx
X ^z + 1
x+l Zx "Г A+l
в которых nx означает комплексный показатель преломления для слоя x, 0х означает угол преломления для слоя x, I означает расстояние распространения в заданном слое, λ означает длину волны падающего света, а Zx(Zx+1) означает комплексный волновой импеданс для слоя х (х+1). В случае поперечной электрической (ТЕ) волны математическим выражением для Zx является nxcos(0x), а в случае поперечных
магнитных (ТМ) волн оно выглядит как nx^cos(0x). Пространственная интенсивность ^х^в слое nx 320 задана следующим уравнением:
в котором Z0 означает комплексный волновой импеданс свободного пространства.
При моделировании характеристик GaAs/AlxGai-xAs нанопроволочных солнечных элементов из сердечника и оболочки с радиальными p-n-переходами сочетают моделирование света с моделированием тока с целью определения электрических характеристик устройства. Моделирование переноса носителей может осуществляться путем решения уравнения Пуассона и уравнений непрерывности заряженных носителей с использованием конкретных моделей с целью учета определенных явлений.
Для получения реалистичных результатов моделирования особое внимание может уделяться обеспечению максимально возможной точности физических параметров материалов и максимально необходимого учета явлений, влияющих на значения этих физических параметров.
Например, поскольку величина изменения собственного поглощения света арсенидом галлия вследствие изменения уровня легирования традиционно считалась относительно небольшой по сравнению с величиной пика поглощения, ее влияние могло не учитываться в традиционных подходах. Тем не менее, в действительности обнаружено, что оптическая генерация оказывает значительное влияние на радиальные p-n-переходы. Было обнаружено, что при игнорировании этого явления в традиционных подходах недооценка эффективности преобразования солнечной энергии составляла приблизительно 60%. Соответственно, в моделировании согласно предложенному решению с высокой точностью представлен комплексный показатель преломления материалов и параметры, связанные с переносом носителей.
На основании комплексного показателя преломления определяют коэффициент а поглощения света используемыми материалами согласно следующей зависимости:
- 6 030596
4πγ [cm'1]
Λ
в которой означает мнимую часть комплексного показателя преломления. Если α является известной величиной, оптическая генерация может быть рассчитана согласно следующему уравнению:
G = [cmV]
в котором η, означает внутренний квантовый выход, h означает константу Планка, а υ означает частоту волны падающего света. Если каждый фотон генерирует электронно-дырочную пару, величина η, может быть принята за 1.
Другие параметры расчета включают зависящую от легирования подвижность носителей в GaAs (^GaAs), AlxGa1-xAs (pAiGaAs) и Si (psi), и эти параметры могут быть определены с использованием следующих эмпирических моделей:
в которых Na,d означает концентрацию легирующей примеси, a μ^, pmax, μ0, μμ Ym, β, N0, Pc, Cr и Cs означают зависящие от материала параметры модели. Поскольку потеря фотовозбужденных носителей вследствие излучательной рекомбинации, рекомбинации Оже, рекомбинации Шокли-Рида-Холла и поверхностной рекомбинации может оказывать важное большое влияние на эффективность преобразования солнечной энергии солнечными элементами, некоторые или все из этих процессов могут учитываться с использованием следующих математических моделей. Скорость Rradiative излучательной рекомбинации определяют согласно следующему уравнению:
Rradiative Cra,2iattve ' (V-P Д ) [СГП S ]
в котором Cradiative означает коэффициент излучения, а n, р и n, означают концентрацию электронов, концентрацию дырок, и эффективную собственную концентрацию электронов соответственно. Скорость RAuger рекомбинации Оже может быть определена согласно следующему уравнению:
'-Auger
R Auger = ^nAuger + Р Срлидег) (ПР ~ ПГ) [Cm S ]
в котором Cn_Auger и Cp_Auger означают коэффициенты рекомбинации Оже для электронов и дырок соответственно.
Скорость Rsrh рекомбинации Шокли-Рида-Холла может быть определена согласно следующему уравнению:
Rsrh —
np-nf
[cm'3s'1]
тр(п+пг)+гп(р+щ)
в котором τρ, и τη означают время жизни дырок и электронов соответственно. Это время жизни дырок и электронов может быть определено с использованием следующей зависимости Шарфеттера между концентрацией легирующей примеси и временем жизни носителя:
То
= “та; и
"ref
в которой Na,d означает концентрацию легирующей примеси, а Nref означает эталонную концентрацию легирующей примеси.
Скорость Rsurface поверхностной рекомбинации может быть рассчитана согласно следующему уравнению:
______2
Дс
np-nf
'surface
[cm'2 s'1]
(n+ni)/Sp + (p+ni)/S„
в котором sp и sn означают скорость поверхностной рекомбинации для дырок и электронов соответственно.
Наконец, скорость RTAA ловушечной рекомбинации Оже может быть рассчитана согласно следующему уравнению:
Rtaa —
ηρ-ηΐ
{Тр/[1+ТрС^ЛЛ(п+р)]}(п+щ)+(т„/[1+т„С, ТАА
ТАА п
(п+р)]}(р+п()
[cm'3s'1]
с“
х р и п означают коэффициенты ловушечной рекомбинации Оже для дырок и электронов соответственно.
Упомянутые выше параметры служат примерами параметров, которые могут представлять интерес
- 7 030596
при осуществлении моделирования. Однако, существует несколько других не упомянутых параметров, которые известны специалистам в данной области техники из литературы по полупроводниковым приборам и основных уравнений в данной области.
При осуществлении моделирования на основе описанного подхода может определяться зависимость зонной структуры, распределения электрического поля и рекомбинации носителей в радиальных pn-переходах от таких параметров, как уровень легирования, состав материалов и структура нанопроволоки, с целью определения комбинаций параметров, обеспечивающих более высокую эффективность солнечных элементов.
Влияние концентрации примеси в сердечнике p-типа может быть определено путем оценки изменений на диаграмме энергетических зон в определенном диапазоне концентраций акцепторной примеси с поддержанием постоянной концентрации примеси в оболочке n-типа.
На фиг. 4 показаны результаты моделирования диаграмм энергетических зон в состоянии короткого замыкания для определенного диапазона концентраций примеси в сердечнике p-типа. В примере моделирования, представленном на фиг. 4, сердечником p-типа является GaAs, оболочкой n-типа является Alo.2Gao.8As, а концентрация акцепторной примеси находится в диапазоне от 1016 до 1020 см-3.
Позицией 410 обозначена диаграмма энергетических зон при концентрации 1016 см-3 акцепторной примеси. По оси х показано расстояние по горизонтали от центра сердечника p-типа (обозначенного х=0 мкм), a по оси у показан уровень энергии (эВ) зон. Вертикальной линией 411 в положении -0,05 мкм, а также линией в положении +0,05 мкм обозначена граница между оболочкой n-типа и сердечником pтипа.
Сплошной линией 412 обозначена зона Ec проводимости на протяжении профиля радиального p-nперехода. Аналогичным образом, линиями 422, 432, 442 и 452 обозначены зоны проводимости при кон19 3 20 3
10 см- и 10 см- соответственно примеси в сердечнике p-типа. Другой
центрациях 1017 см-3,
1018 см-3,
сплошной линией 415 обозначена валентная зона Ev на протяжении профиля радиального p-n-перехода, а линиями 425, 435, 445 и 455 обозначены валентные зоны при концентрациях 10 см-, 10 см-, 10 см и 1020 см-3 соответственно примеси в сердечнике p-типа.
На диаграмме 410 показано расщепление энергетического квазиуровня Ферми, при этом пунктирной линией 413 обозначен квазиуровень Ферми для электронов (EF-e), а пунктирной линией 414 обозначен квазиуровень Ферми для дырок (EF-h). Линиями 423, 433, 443 и 453 также обозначен квазиуровень
17 3 18 3 19 3 20 3
Ферми для электронов при концентрациях 10 см-, 10 см- , 10 см- и 10 см- соответственно примеси
в сердечнике p-типа, а линиями 424, 434, 444 и 454 обозначен квазиуровень Ферми для дырок при кон17 -3 18 -3 19 -3 20 -3
центрациях 10 см-, 10 см- , 10 см- и 10 см- соответственно примеси в сердечнике p-типа.
Расщепление энергетического квазиуровня Ферми при NA=1016 см-3 (410) и NA=1017 см-3 (420) остается относительно постоянным, как показано профилями 413 и 414 и профилями 423 и 424. Тем менее, на диаграмме 430 энергетических зон, на которой показана повышенная концентрация NA=1018 см-3 акцепторной примеси в сердечнике, видно большое ступенчатое изменение расщепления энергетического квазиуровня Ферми, обозначенное позициями 433 и 434, по сравнению с расщеплением 423 и 424 энергетического квазиуровня Ферми на диаграмме 420 энергетических зон. Это ступенчатое изменение сохраня19 -3 20 -3
ется с повышением концентрации акцепторной примеси в сердечнике до 10 см- (440) и 10 см- (450). Соответственно, было бы разумным полагать, что при этих параметрах материалов напряжение разомкнутой цепи значительно увеличится, когда концентрации примеси в арсенид-галлиевом сердечнике pтипа превысит 1017 см-3.
Сильнолегированный арсенид-галлиевый сердечник p-типа также выгоден тем, что он способен преломлять солнечный свет в направлении нормальной оси (т.е. внутрь сердечника) и может обеспечивать снижение на 10% потерь на отражение света по сравнению с арсенид-галлиевым солнечным элементом с планарными p-n-переходами без неотражающих покрытий и при этом улучшать перепоглощение фотонов.
На фиг. 5 показана диаграмма зависимости плотности тока короткого замыкания и напряжения разомкнутой цепи от концентрации примеси в сердечнике p-типа, на которой действительно видно значительное увеличение напряжения 510 разомкнутой цепи от 0,383 до 0,889 вольт, когда концентрации примеси в сердечнике p-типа превышает 1017 см-3. В результате такого же повышения концентрации примеси в сердечнике p-типа аналогичным образом значительно увеличивается плотность 520 тока короткого замыкания.
Этот результат является неожиданным с учетом общеизвестных сведений о планарных p-nпереходах, поскольку величина изменения собственного поглощения света арсенидом галлия вследствие изменения уровней легирования обычно очень мала по сравнению с величиной пика поглощения. Путем расчетов с использованием трехмерной модели и с особым вниманием к обеспечению точности параметров, связанных с переносом носителей и распространением света, определили, как повышение уровня легирования сердечника p-типа влияет на увеличение напряжения разомкнутой цепи и плотности тока короткого замыкания.
На фиг. 6 показаны профили электрического поля в состоянии короткого замыкания для определенного диапазона концентраций примеси в сердечнике p-типа. На диаграмме 601 показаны профили
- 8 030596
электрического поля при концентрациях 1016 см-3 (610) и 1017 см-3 (620) примеси в сердечнике p-типа. Повышение концентрации примеси от 1016 см-3 (610) до 1017 см-3 (620) привело к относительно небольшому изменению профиля электрического поля. С другой стороны, на диаграмме 602 показаны профили электрического поля при уровнях легирования акцепторной примесью 1018 см-3 (630) и выше. Сравнение диаграмм 601 и 602 показывает, что электрическое поле значительно увеличивается при уровне легировании акцепторной примесью выше 1017 см-3, что подтверждают преимущественно более стабильными и хорошо распределенными профилями 630, 640 и 650 электрического поля при концентрациях 1018 см-3, 1019 и 1020 см-3 соответственно акцепторной примеси. Это говорит о том, что при концентрации акцепторной примеси выше 1017 см-3 происходит значительное увеличение тока короткого замыкания в результате повышения эффективности собирания носителей.
При концентрациях примеси в сердечнике p-типа выше 1018 см-3 плотность тока короткого замыкания увеличивается минимально за счет сужения зоны собственного поглощения сердечника p-типа, когда он сильно легирован, что приводит к расширению спектра поглощения.
Из полученных результатов ясно, что сильное легирование сердечника p-типа нанопроволочной структуры может приводить к увеличению расщепления энергетического квазиуровня Ферми и формированию более стабильного, хорошо распределенного электрического поля в радиальном p-n-переходе. Было обнаружено, что это вызывает увеличение напряжения разомкнутой цепи и тока короткого замыкания преимущественно в случае сильнолегированных сердечников p-типа и тем самым повышение эффективности солнечного элемента.
Термин "сильнолегированный" хорошо известен из техники и обычно используется, когда число атомов легирующей примеси составляет порядка одного на 10 тысяч или более. Концентрация легирующей примеси в сильнолегированном материале может варьировать в зависимости от материала, при этом арсенид галлия p-типа может считаться сильнолегированным при концентрации примеси 1018 см-3, а кремний p-типа при более высокой концентрации примеси 1020 см-3. В случае параметров материалов, выбранных для данного моделирования, эффективность солнечного элемента повышается при концентрации примеси в сердечнике p-типа выше 1017 см-3.
В другом примере осуществлен анализ характеристик нанопроволоки длиной 3 мкм с сердечником из GaAs диаметром 400 нм и оболочкой из Al0.2Ga0.8As толщиной 50 нм с концентрацией легирующей донорной примеси 1016 см-3. В этом примере увеличена концентрация акцепторной примеси, и обнаружено, что плотность тока короткого замыкания резко увеличивается при концентрациях примеси в сер17 -3 17 -3
дечнике от 2x10 см- до 4x10 см- , когда с повышением концентрации акцепторной примеси спектр поглощения арсенида галлия расширяется за счет длинноволнового конца. Плотность тока короткого замыкания впоследствии достигает уровня насыщения при 3x10-18 см-3, когда спектр поглощения прекращает расширяться, при дальнейшем повышении концентрации акцепторной примеси.
С повышением концентрации акцепторной примеси также увеличивается внутреннее электрическое поле, в результате чего изменяется ширина обедненной области в сердечнике и оболочке, что вызывает соответствующее изменение электродвижущей силы поля p-n-перехода. Таким образом, при концентрациях примеси в сердечнике выше 1018 см-3, расширение обедненной области в оболочке может прекращаться с прекращением диффузии носителей, тогда как обедненная область в сердечнике сужается. Соответственно, электродвижущая сила поля p-n-перехода при концентрациях примеси в сердечнике выше 1018 см-13 может оставаться приблизительно постоянной даже с увеличением внутреннего электрического поля, что приводит к постоянному напряжению разомкнутой цепи при концентрациях примеси в сердечнике выше 1018 см-3.
В еще одном примере вместо изменения концентрации легирующей примеси в сердечнике в нанопроволоке с конформными боковыми контактами из ТСО (такими как на фиг. 2А) моделирование может осуществляться путем изменения концентраций примеси в сердечнике нанопроволоки с планарными контактами из ТСО (такими как на фиг. 2Б). В примере осуществленного моделирования нанопроволочная структура с планарным контактом ТСО имеет сердечник из GaAs диаметром 400 нм и оболочку из Al0.2Ga0.8As толщиной 50 нм с концентрацией легирующей донорной примеси 1016 см-3. Нанопроволока с планарным контактом из ТСО может иметь значительно более высокую плотность тока короткого замыкания и напряжение разомкнутой цепи, чем эквивалентная нанопроволока с конформным контактом. Это объясняется тем, что планарный контакт не подвержен влиянию искривления границ зоны в такой же степени, как конформный контакт, и, соответственно, уменьшается собирание несобранных носителей, что приводит к увеличению электродвижущей силы. Тем не менее, при концентрациях акцепторной примеси выше приблизительно 7x1016 см-3 в варианте осуществления с планарными контактами может иметь место эффект лавинного нарастания носителей, что приводит к появлению несобранных носителей и вызывает пробой перехода при концентрации легирующей примеси приблизительно 1,6x 1017 см-3.
В приведенных выше примерах моделирования нанопроволока с планарным контактом из ТСО может обеспечивать максимальную эффективность солнечного элемента 10,5% при концентрации 7x1016 см-13 легирующей примеси в сердечнике, тогда как нанопроволока конформным контактом может максимальную эффективность солнечного элемента 10,3% при концентрации 6x1018 см-3 легирующей примеси
- 9 030596
в сердечнике.
На фиг. 7 показаны результаты моделирования диаграмм энергетических зон в состоянии короткого замыкания для определенного диапазона концентраций примеси в нанопроволочной оболочке n-типа. В примерах моделирования, проиллюстрированных на фиг. 7, оболочка n-типа состоит из Al0.2Gao.8As, сердечник p-типа состоит из GaAs, концентрация примеси в сердечнике p-типа зафиксирована на уровне 1019 см-3, а концентрация примеси в оболочке n-типа составляет от 1016 до 1019 см-3.
Позицией 710 обозначена диаграмма энергетических зон при концентрации 1016 см-3 легирующей примеси в оболочке n-типа. Сплошной линией 711 обозначена зона Ес проводимости на протяжении
профиля радиального p-n-перехода. Аналогичным образом, линиями 721, 731 и 741 обозначены зоны
17 3 18 3 19 3
проводимости при концентрациях 10 см-, 10 см- и 10 см- соответственно примеси в оболочке nтипа. Другой сплошной линией 714 обозначена валентная зона Ev на протяжении профиля радиального p-n-перехода, а линиями 724, 734 и 744 обозначены валентные зоны при концентрациях 1017 см-3, 1018 см-3 и 1019 см-3 соответственно примеси в оболочке n-типа.
На диаграмме 710 показано расщепление энергетического квазиуровня Ферми, при этом пунктирной линией 712 обозначен квазиуровень Ферми для электронов (EF-e), а пунктирной линией 713 обозначен квазиуровень Ферми для дырок (EF-h). Линиями 722, 732 и 742 также обозначен квазиуровень Ферми
17 3 18 3 19 3
для электронов при концентрациях 10 см-, 10 см- и 10 см- соответственно примеси в оболочке nтипа, а линиями 723, 733 и 743 обозначен квазиуровень Ферми для дырок при концентрациях 1017 см-3, 18 -3 19 -3
10 см- и 10 см- соответственно примеси в оболочке n-типа.
Как показано на четырех диаграммах 710, 720, 730 и 740, при повышении концентрации легирующей примеси в оболочке n-типа от 1016 до 1020 см-3 расщепление энергетического квазиуровня Ферми между сердечником p-типа и оболочкой n-типа оставалось относительно постоянным, что указывает на потенциально слабую зависимость напряжения разомкнутой цепи от концентрации легирующей донорной примеси в оболочке.
На фиг. 8 показана диаграмма зависимости плотности 820 тока короткого замыкания и напряжения 810 разомкнутой цепи от концентрации примеси в нанопроволочной оболочке n-типа, на которой действительно видно ограниченное изменение напряжение 810 разомкнутой цепи с повышением концентрации легирующей донорной примеси в пределах диапазона. По существу, заметно, что при концентрации легирующей донорной примеси выше 1018 см-3 напряжение 810 разомкнутой цепи начало постепенно падать в результате уменьшения расщепления энергетического квазиуровня Ферми между сердечником p-типа и оболочкой n-типа, а также то, что электрическое поле не увеличивается соразмерно уменьшению ширины обедненной области.
На фиг. 9 показаны профили электрического поля в состоянии короткого замыкания для определенного диапазона концентраций донорной примеси. На диаграмме 901 показаны профили электрического поля при концентрациях 1016 см-3 (910) и 1017 см-3 (920) донорной примеси. Показано, что при этих концентрациях примеси обедненная область имеет относительно большую ширину.
На диаграмме 902, показаны профили электрического поля при более высоких концентрациях 1018 см-3 (930) и 1019 см-3 (940) донорной примеси. Электрическое поле является большим, чем профили электрического поля на диаграмме 901, но обедненная область значительно сужена. В результате, напряжение разомкнутой цепи снижается лишь минимально. При повышении концентрации легирующей приме18 -3 19 -3
си от 10 см- (930) до 10 см- (940) ширина обедненной области уменьшается, что вызывает незначительное падение напряжения разомкнутой цепи, поскольку с повышением концентрации легирующей примеси электрическое поле не увеличивается соразмерно уменьшению ширины обедненной области.
Представленные на фиг. 9 диаграммы профилей электрического поля показывают, что с повышением концентрация легирующей примеси в оболочке n-типа ширина обедненной области в сердечнике pтипа увеличивается, а ширина обедненной области в оболочке n-типа уменьшается. Соответственно, такое уменьшение ширина обедненной области в оболочке n-типа приводит к уменьшению тока короткого замыкания. Как обозначено линией 820 на фиг. 8, плотность тока короткого замыкания действительно уменьшается с повышением концентрации легирующей примеси в оболочке n-типа, а рекомбинация носителей вследствие рассеяния носителей на носителях в оболочке увеличивается с уменьшением ширины обедненной области в оболочке n-типа.
Согласно примерам моделирования, представленным на фиг. 7, 8 и 9, может быть выгодным, чтобы оболочка n-типа была слабо легирована, например, в концентрации 1016 см-3 для ALl2Ga0FAs. Термин "слаболегированный" хорошо известен из техники и обычно используется, когда число атомов легирующей примеси составляет порядка одного на 10 миллионов или менее.
На фиг. 10 показан график, иллюстрирующий зависимость эффективности солнечного элемента из нанопроволоки от концентрации акцепторной примеси в сердечнике 1020 и концентрации донорной примеси в оболочке 1010. На этом графике обобщены приведенные выше данные и показано, что в целом желательны более высокие концентрации примеси в сердечнике p-типа и более низкие концентрации
примеси в оболочке n-типа. В частности, концентрация примеси в сердечнике p-типа должна составлять 17 -3 18 -3 19 -3
10 см-, более предпочтительно по меньшей мере 10 см- , еще более предпочтительно около 10 см- . Также показано, что для достижения высокой эффективности солнечного элемента концентрация леги- 10 030596
рующей примеси в оболочке n-типа должна быть низкой, предпочтительно менее 1017 см-3, более предпочтительно около 1016см-3.
Из примеров модуляции также следует, что для достижения высокой эффективности солнечного элемента в диапазоне предпочтительных концентраций примеси в сердечнике p-типа и оболочке n-типа, толщина оболочек n-типа не должна значительно превышать ~30-40 нм, поскольку в противном случае начинается рост рассеяния носителей на носителях. Соответственно, для доведения до максимума эффективности собирания носителей за счет уменьшения рекомбинации носителей/рассеяния носителей на носителях в оболочке слаболегированная оболочка n-типа должна быть максимально тонкой, преимущественно не толще ~30-40 нм. Таким образом, толщина оболочки n-типа предпочтительно составляет менее 60 нм, более предпочтительно 50 нм или менее, еще предпочтительно около 30-40 нм в зависимости от параметров используемых материалов.
В описанных нанопроволочных структурах с использованием GaAs сердечника p-типа и AlxGa1-xAs оболочки n-типа мольная фракция AlxGa1-xAs может влиять на эффективность солнечного элемента. Соответственно, при постоянных концентрациях примеси в сердечнике p-типа и оболочке n-типа, поддерживаемых на уровне 1019 см-3 и 1016 см-3 соответственно, можно осуществить моделирование в определенном диапазоне мольных долей Al.
На фиг. 11 показаны диаграммы энергетических зон в состоянии короткого замыкания в диапазоне мольных долей Al от х=0,1 до х=0,9. Скоплением сплошных линий 1100 обозначены зоны проводимости для определенного диапазона мольных долей Al, при этом нижняя линия 1101 соответствует наименьшей мольной доле Al х=0,1, а верхняя линия 1109 соответствует наибольшей мольной доле Al х=0,9. Сплошными линиями между линиями 1101 и 1109 обозначено постепенное изменение зон проводимости между этими пределами мольной доли Al. Видно, что при более высоких мольных долях Al на гетеропереходе ±0,05 мкм в зоне 1100 проводимости возрастает энергетический барьер.
Скоплением сплошных линий 1130 обозначены валентные зоны для определенного диапазона мольных долей Al, при этом верхняя линия 1131 соответствует наименьшей мольной доле Al х=0,1, а нижняя линия 1139 соответствует наибольшей мольной доле Al х=0,9.
Скоплением пунктирных линий 1110 обозначен квазиуровень Ферми для электронов (EF-e), при этом нижняя линия 1111 соответствует наименьшей мольной доле Al х=0,1, а верхняя линия 1119 соответствует наибольшей мольной доле Al х=0,9. На диаграмме также показан квазиуровень Ферми для дырок (EF-h), обозначенный скоплением пунктирных линий 1120, при этом верхняя линия 11121 соответствует наименьшей мольной доле Al x=0,1, a нижняя линия 1129 соответствует наибольшей мольной доле Al х=0,9. Оба скопления 1110 и 1120 показывают, как возрастает расщепление энергетического квазиуровня Ферми с мольной долей A1, что означает, что с возрастанием мольной доли Al ухудшается собирание носителей и, соответственно, увеличивается электрическое поле и напряжение разомкнутой цепи, но уменьшается ток короткого замыкания.
На фиг. 12 показаны профили электрического поля в состоянии короткого замыкания для определенного диапазона мольных долей Al в нанопроволочной оболочке. Нижняя линия 1201 из показанного скопления сплошных линий соответствует профилям электрического поля при наименьшей мольной доле Al х=0,1, а верхняя линия 1209 соответствует профилям электрического поля при наибольшей мольной доле Al х=0,9. Сплошная линия 1204 соответствует профилям электрического поля при мольной доле Al х=0,4, при этом сплошными линиями между линиями 1201 и 1209 показано постепенное изменение электрического поля между этими пределами мольной доли Al, и также показано, что при мольной доле Al выше х=0,4 происходят ограниченные изменения электрического поля.
Профили 1201-1209 электрического поля показывают, что электрическое поле обычно увеличивается при более высокой мольной доле Al, но также, что при мольной доле Al 1204 выше х=0,4 увеличение электрического является ограниченным вследствие насыщения. Это насыщение происходит, когда наименьшая зона проводимости в AlxGai-xAs переходит из точки Г в точку X (при этом точками Г и X являются критические точки зоны Бриллюэна), становясь запрещенной зоной с непрямыми переходами, и после этого очень медленно изменяется с увеличением х.
На фиг. 13 показан график зависимости плотности тока короткого замыкания и напряжения разомкнутой цепи от мольной доли Al, иллюстрирующий показанный на фиг. 12 эффект насыщения при долях Al выше х=0,4. Показано, что напряжение 1310 разомкнутой цепи значительно растет при долях Al от х=0 до х=0,4, но при доле Al выше х=0,4 из-за насыщения рост напряжения разомкнутой цепи составляет от ограниченного до нулевого.
Кроме того, линия 1320 плотности тока короткого замыкания показывает, что возрастание мольной доли Al отрицательно влияет на плотность тока короткого замыкания вследствие увеличения энергетического барьера в зоне проводимости на гетеропереходе, проиллюстрированном на фиг. 11.
На фиг. 14 показан график зависимости эффективности 1410 солнечного элемента от мольной доли Al, иллюстрирующий комбинированный эффект результатов, представленных на фиг. 11-13. Хотя плотность тока короткого замыкания снижается с мольной долей Al, ее влияние на эффективность 1410 солнечного элемента нейтрализуется увеличением электрического поля с возрастанием мольной доли Al с достижением пика при х=0,2, после чего этот эффект ослабляется из-за насыщения. Соответственно, по- 11 030596
казано, что при мольной доле Al выше х=0,2 эффективность солнечного элемента снижается.
Приведенные результаты моделирования показывают, что может быть выгодным поддерживать низкую мольная доля Al, предпочтительно ниже х=0,3, более предпочтительно от х=0,1 до х=0,3, еще более предпочтительно х=0,2.
На эффективность солнечного элемента могут влиять размеры каждой нанопроволоки, и, соответственно, может быть полезным моделирование различных диаметров сердечника, толщин оболочки и длин нанопроволоки. На фиг. 15 показан график зависимости эффективности солнечного элемента от диаметра сердечника p-типа для определенного диапазона длин нанопроволоки. В моделировании, проиллюстрированном на фиг. 15, в сердечнике p-типа и оболочке n-типа поддерживали постоянные концентрации примеси на уровне 4х1019 см-3 и 4х1016 см-3 соответственно, а толщина оболочки и мольная доля Al были зафиксированы на уровне 50 нм и х=0,2 соответственно.
Сплошной линией 1510 показано, как варьирует эффективность солнечного элемента из нанопроволочной структуры с сердечником p-типа длиной 1 мкм и диаметром от 50 до 500 нм. Линиями 1520 и 1530 аналогичным образом показаны изменения эффективности солнечного элемента для определенного диапазона диаметров сердечника p-типа, но при длине нанопроволоки от 2 до 3 мкм. При использовании нанопроволоки 1510 длиной 1 мкм первый пик эффективности солнечного элемента наблюдается при диаметре 200 нм, а второй, более выраженный пик - при диаметре сердечника 400 нм. При использовании нанопроволоки 1520 длиной 2 мкм эффективность солнечного элемента в целом повышается при диаметре сердечника вплоть до 250 нм, продолжает существенно возрастать с увеличением диаметра сердечника и достигает пика при диаметре 400 нм. Аналогичным образом при использовании нанопроволоки длиной 3 мкм эффективность солнечного элемента повышается минимально при диаметре сердечника вплоть до 250 нм, и начинает резко расти, достигая выраженного пика при диаметре от 300 до 500 нм. Эти результаты моделирования показывают, что может быть выгодным, чтобы диаметр сердечника составлял от 250 до 500 нм, предпочтительно от 300 до 450 нм, более предпочтительно около 400 нм.
Оптимальный диаметр сердечника 400 нм, определенный на основании описанного моделирования, может быть обусловлен максимальным перекрыванием оптических мод излучения радиального p-nперехода и солнечного спектра AM1.5G, а также степенью собирания носителей, что обеспечивает оптимальные скорости поглощения и восстановления носителей, а также эффективность собирания носителей.
На фиг. 15 также показано, что увеличение длины нанопроволоки от 1 до 3 мкм приводит к повышению эффективности солнечного элемента, что указывает на взаимозависимость между длиной нанопроволоки и эффективностью солнечного элемента. За счет применения нанопроволоки надлежащей длины может достигаться максимальное поглощение компонентов солнечного спектра AM1.5G, перекрывающих оптические моды излучения нанопроволоки с достижением оптимальной эффективности солнечного элемента с радиальным p-n-переходом, поскольку сильнолегированные сердечники p-типа имеют расширенную полосу поглощения за счет сужения зоны собственного поглощения. С целью определения оптимальной длины нанопроволоки может быть осуществлено моделирование с поддержанием концентрации примеси в сердечнике p-типа, концентрация примеси в оболочке n-типа, толщины оболочки, мольной доли Al и диаметра сердечника на постоянном уровне, например, 4х1019 см-3, 4х1016 см-3, 50 нм, х=0,2 и 400 нм соответственно.
На фиг. 16 показан график зависимости эффективности солнечного элемента от длин нанопроволоки от 1 мкм до 30 мкм, иллюстрирующий различие между применением конформного и планарного контактов из ТСО. Отрезки 1611 и 1631 показывают, что увеличение длины нанопроволоки 1 мкм до 6 мкм приводит к быстрому повышению эффективности солнечного элемента в результате увеличения оптического поглощения глубоко проникающих компонентов солнечного спектра AM1.5G. Тем не менее, при длине нанопроволоки от 6 до 7 мкм происходит значительное снижение эффективности солнечного элемента из-за сильного нагромождения дырок в сердечнике p-типа, что вызывает избыточную безызлучательную рекомбинацию носителей.
Дальнейшее увеличение длины нанопроволоки от 7 до 17 мкм (1612 и 1632) приводит к аналогичному повышению эффективности солнечного элемента до второго сильного нагромождения дырок при длине 17 мкм. Показано, что этот цикл повторяется со все большим снижением темпов роста эффективности солнечного элемента, что проиллюстрировано пологим уклоном линий 1613 и 1633 с ослаблением интенсивности компонентов солнечного спектра AM1.5G в полосе поглощения сердечника p-типа по мере их проникания в осевом направлении через нанопроволоку. Темп роста эффективности солнечного элемента с увеличением длины нанопроволоки впоследствии становится отрицательным, когда длина нанопроволоки становится значительно большей, чем длина, при которой полностью поглощаются все компоненты солнечного спектра AM1.5G в полосах поглощения.
На фиг. 16 также проиллюстрированы различия в эффективности между солнечными элементами из нанопроволочных структур с конформными боковыми контактами из ТСО (смотри позицию 250 на фиг. 2А) и планарными контактами из ТСО (см. позицию 256 на фиг. 2Б). Показано, что солнечные элементы
- 12 030596
с планарными контактами из ТСО имеют более высокую эффективность, чем элементы с конформными боковыми контактами из ТСО за исключением случаев, когда длина нанопроволоки составляет от 1 мкм до 2 мкм.
Повышение эффективности солнечных элементов с увеличением длины нанопроволоки в случае планарных контактов из ТСО является более резким, чем в случае конформных боковых контактов из ТСО. При использовании планарных контактов из ТСО пик эффективности солнечного элемента составляет приблизительно 14,1% в случае нанопроволоки длиной 6 мкм по сравнению с эффективностью 13,7% в случае нанопроволоки длиной 6 мкм при использовании конформного контакта из ТСО. Увеличение длины от 6 до 7 мкм может приводить снижению эффективности преобразования солнечной энергии до 9,7 и 9,5% при использовании конформных и планарных контактов соответственно.
Планарные контакты из ТСО более эффективны, чем конформные боковые контакты из ТСО, поскольку планарные контакты из ТСО не подвержены влиянию сильного искривления границ зоны, которое ограничивает эффективность динамики/переноса носителей и перепоглощения фотонов, как в случае конформных боковых контактов из ТСО.
При меньшей длине нанопроволоки (1 и 2 мкм) эффективность солнечного элемента с планарными контактами из ТСО является более низкой из-за невозможности такого же эффективного как в случае конформных боковых контактов из ТСО собирания электронов, генерируемых фотонами высокой энергии, поскольку электроны более высокой энергии имеют меньшую продолжительность жизни. При такой меньшей длине солнечные элементы с планарными контактами из ТСО имеют меньшее действующее значение плотности переменного тока, чем солнечные элементы с конформными контактами из ТСО.
Хотя планарные контакты из ТСО могут приводить к незначительно более высокому напряжению разомкнутой цепи, чем в солнечных элементах с конформными контактами из ТСО, этого недостаточно для компенсации потери электронов, генерируемых фотонами высокой энергии. Незначительно более высокое напряжение разомкнутой цепи в солнечных элементах с планарными контактами из ТСО объясняется значительно более высокими скоростями излучательной рекомбинации, рекомбинации Оже и рекомбинации Шокли-Рида-Холла в сердечнике и оболочке, а также более высокой скоростью излучательной рекомбинации (в сердечнике и оболочке) и скоростью рекомбинации Оже (в сердечнике), в результате чего у солнечных элементов с планарными контактами из ТСО возрастает энергетический квазиуровень Ферми электронов в сердечнике.
На фиг. 17 проиллюстрировано показанное на фиг. 16 сильное нагромождение дырок и показаны осевые профили плотностей дырочного тока при длине нанопроволоки 5 мкм (1705), 6 мкм (1706), 7 мкм (1707) и 8 мкм (1708). Видно, что при увеличении длины от 5 мкм (линия 1705) до 6 мкм (линия 1706) нет признаков сильного нагромождения дырок в результате увеличения длины нанопроволоки, а при большей длине повышается плотность дырочного тока. Тем не менее, при увеличении длины от 6 мкм (линия 1706) до 7 мкм (линия 1707) плотность дырочного тока значительно снижается, что говорит о нагромождении дырок, эффект которого распространяется по всей длине нанопроволоки, как показано на осевом профиле.
При дальнейшем увеличении длины нанопроволоки от 7 мкм (линия 1707) до 8 мкм (линия 1708) плотность дырочного тока повышается по мере нагромождения в нанопроволоке фотовозбужденных носителей в результате поглощения компонентов солнечного спектра AM1.5G с низкими коэффициентами поглощения. По мере генерации этих дополнительных фотовозбужденных дырок в пределах 1 мкм от подложки p-типа, они легко переносятся с сердечника p-типа на подложку p-типа и с нижнего контакта на внешние схемы, что приводит к повышению плотности дырочного тока в состоянии равновесия и, соответственно, не способствует сильному нагромождению дырок. Дополнительные фотовозбужденные дырки легко перемещаются из сердечника p-типа в оболочку n-типа, вытекая из верхнего контакта во внешние схемы.
Из приведенных результатов моделирования следует, что может быть выгодным ограничить длину нанопроволоки определенными величинами. Соответственно, может быть предпочтительным ограничить длину нанопроволоки, в частности, длину сердечника p-типа одним из обнаруженных при моделировании пиков, указывающих наибольшие локальные длины до сильного нагромождения дырок. Длину нанопроволоки выбирают по меньшей мере из одного из диапазонов 5-7 мкм и 15-17 мкм, предпочтительно по меньшей мере из одного из диапазонов 5-6 мкм и 15-16 мкм, более предпочтительно 6 мкм или 16 мкм, еще более предпочтительно 6 мкм.
На фиг. 18 проиллюстрировано влияние толщины оболочки эффективность солнечного элемента. Линией 1810 показана взаимозависимость между толщиной оболочки и эффективностью солнечного элемента для элементов с конформными контактами из ТСО, а линией 1820 показана взаимозависимость при использовании планарных контактов из ТСО. Линией 1810 и линией 1820 показано, что более тонкие оболочки обеспечивают более высокую эффективность солнечного элемента, которая, однако, значительно снижается со временем, когда оптические моды нанопроволоки начинают давать утечку. Эта утечка может объясняться тем, что оболочки являются слишком тонкими, чтобы эффективно удерживать свет в нанопроволоке, что приводит к отклонению оптических мод от оптимальной точки. Оптические моды нанопроволоки, образованной сердечником из GaAs и оболочкой из Al0.2Ga0.8As, становятся неус- 13 030596
тойчивыми при толщине оболочки 30 нм, а при толщине оболочки менее 30 нм эффективность солнечного элемента резко падает. Следовательно, самая тонкая оболочка нанопроволочных солнечных элементов, образованных сердечником из GaAs и оболочкой из Al0.2Ga0.8As с радиальными p-n-переходами и конформным боковым или планарным контактом из ТСО, может иметь толщину около 40 нм.
При толщине оболочки 20 нм или менее эффективность солнечного элемента с планарным контактом 1820 из ТСО становится ниже, чем у солнечного элемента с конформным боковым контактом 1810 из ТСО, поскольку повторно испускаемые фотоны из сердечника проникают через оболочку с оптической модой утечки, не генерируя какой либо электронно-дырочной пары в оболочке. Следовательно, плотность тока в солнечных элементах с планарным контактом из ТСО (за счет которого энергетический барьер в зоне проводимости на границе GaAs/All2Ga0.8As является значительно более высоким) является меньшей, чем в солнечных элементах с конформным боковым контактом из ТСО при толщине оболочки 20 нм, что снижает эффективность солнечного элемента.
В другом примере моделировалась нанопроволока длиной 6 мкм с конформным боковым контактом, сердечником из GaAs диаметром 400 нм с концентрацией акцепторной примеси 6х1018 см-3 и оболочкой из Al0.2Gao.8As с концентрацией донорной примеси 3х1016 см-3. Эффективность преобразования солнечной энергии в нанопроволоке возрастает с уменьшением толщины оболочки, достигая пика 14,4% при толщине оболочки 40 нм, а затем резко падает до около 11% при большей толщине оболочки. В другом примере моделировалась нанопроволока длиной 6 мкм с планарным контактом, сердечником из GaAs диаметром 400 нм с концентрацией акцепторной примеси 7х1016 см-3 и оболочкой из Al0.2Ga0.8As с концентрацией донорной примеси 1016 см-3. Поскольку в этом случае при толщине менее 48 нм оболочка становится полностью ионизированной, наивысшая эффективность солнечного элемента в этом примере составляет 14,4% при толщине оболочки 48 нм.
На фиг. 19 проиллюстрированы действующие характеристики J-V (зависимость между действующим значением плотности тока и напряжением) солнечных элементов из нанопроволоки длиной 6 мкм с сердечником из GaAs диаметром 400 нм (NA=4x1019 см-3), оболочкой из Al0.2Ga0.8As толщиной 40 нм (ND=4x1018 см-3) и конформным контактом из ТСО (обозначенным линией 1910) или планарным контактом из ТСО (обозначенным линией 1920). Нанопроволока с планарным контактом из ТСО имеет действующее значение плотности тока короткого замыкания приблизительно 45,1 мА/см2 и напряжение разомкнутой цепи приблизительно 1,03 В, а нанопроволока с конформным контактом из ТСО имеет действующее значение плотности тока короткого замыкания приблизительно 43,7 мА/см2 и напряжение разомкнутой цепи приблизительно 0,94 В.
На фиг. 20 проиллюстрирован эффект потерь на отражение света и показаны характеристики J-V для идеального случая без потерь на отражение света. На диаграмме представлены солнечные элементы из нанопроволоки длиной 6 мкм с сердечником из GaAs диаметром 400 нм (NA=4x1019 см-3) и оболочкой из Al0.2Ga0.8As толщиной 40 нм (ND=4x1018 см-3). Показаны характеристики J-V элемента с конформным контактом из ТСО при нулевом отражении 2010 света и теоретическом пределе 2020, а также характеристики J-V элемента с планарным контактом из ТСО при нулевом отражении 2030 света и теоретическом пределе 2040. Теоретическим пределом считается отсутствие как рекомбинации носителей, так и потерь на отражение света.
В случае элемента с планарным контактом из ТСО действующее значение плотности тока короткого замыкания и напряжение разомкнутой цепи при нулевом отражении 2030 света составляют приблизительно 83,6 мА/см2 и 1,05 в соответственно. Это объясняется способностью собирать электроны высокой энергии или горячие электроны за счет сильного электрического поля и слаболегированной тонкой оболочки, которая сводит к минимуму потери на рассеяние носителей на носителях, а также строгим оптическим ограничением оптических мод нанопроволоки, что, по сути, порождает высокие скорости перепоглощения фотонов и генерации носителей. В случае элемента с планарным контактом из ТСО действующее значение плотности тока короткого замыкания и напряжение разомкнутой цепи при теоретическом пределе 2040 составляли приблизительно 87,6 мА/см2 и 1,07 в соответственно.
На фиг. 21 показаны результаты моделирования диаграмм энергетических зон в состоянии короткого замыкания для элементов с конформными верхними контактами и планарными контактами. В примере моделирования, проиллюстрированном на фиг. 21, нанопроволока имеет длину 6 мкм, оболочка из Al0.2Ga0.8As имеет концентрацию легирующей примеси 4х1016 см-3 и толщину 50 нм, а сердечник из GaAs имеет концентрацию легирующей примеси 4х 1019 см-3 и диаметр 400 нм.
Показана диаграмма 2101 энергетических зон для солнечного элемента с конформным контактом из ТСО. Линией 2110 обозначена зона Ес проводимости на протяжении профиля радиального p-n-перехода, а линией 2113 обозначена валентная зона Ev на протяжении профиля радиального p-n-перехода. На диаграмме 2101 показано расщепление энергетического квазиуровня Ферми линией 2111, указывающей квазиуровень Ферми для электронов (EF-e), и линией 2112 указывающей квазиуровень Ферми для дырок (EF-h). Аналогичным образом, на диаграмме 2102 линиями 2120, 2121, 2122 и 2133 обозначены Ес, EF-e, EF-h и Ev соответственно для солнечного элемента с планарным контактом из ТСО.
Как показано на графиках 2101 и 2102, энергетический барьер в зоне проводимости на границе
- 14 030596
GaAs/Al0.2Ga0.8As при использовании планарного контакта из ТСО является достаточно высоким, а искривление границ зоны в конформном контакте из ТСО на графике 2101 устранено при использовании планарный контакт из ТСО на графике 2102. Кроме того, при использовании планарного контакта из ТСО энергетический квазиуровень Ферми электронов в оболочке является значительно более высоким, а спад энергетического квазиуровня Ферми дырок в оболочке является очень небольшим. Эти свойства предполагают более эффективный перенос носителей в солнечных элементах с планарными контактами из ТСО, чем в элементах с конформными контактами из ТСО.
На фиг. 22 показано, как изменяется плотность носителей на протяжении профиля радиального p-nперехода у солнечных элементов с конформным контактом из ТСО (график 2201) с планарным контактом из ТСО (график 2202). Свойства нанопроволоки, моделированной на фиг. 22, является такими же, как нанопроволоки, моделированной на фиг. 21. Линиями 2210 и 2220 обозначена плотность дырок на протяжении профиля солнечных элементов с конформными и планарными контактами из ТСО соответственно, а линиями 2211 и 2221 обозначена плотность электронов протяжении профиля солнечных элементов с конформными и планарными контактами из ТСО соответственно.
На графиках 2201 и 2202 показано, что плотность дырок в оболочке и плотность электронов в сердечнике значительно выше в случае планарного контакта из ТСО, чем конформного контакта из ТСО. Более высокий энергетический барьер в зоне проводимости на границе GaAs/Al0.2Ga0.8As у солнечного элемента с планарным контактом из ТСО повышает концентрацию электронов в сердечнике, что повышает скорости рекомбинации в сердечнике и обеспечивает более высокую эффективность перепоглощения фотонов.
На фиг. 23 показаны скоростей рекомбинации на протяжении профилей солнечных элементов с конформными и планарными контактами из ТСО, имеющих такие свойства, как солнечные элементы, моделированные на фиг. 21 и 22. В частности, на графике 2301 показаны скорости рекомбинации Оже для солнечных элементов с конформными (линия 2311) и планарными (линия 2310) контактами из ТСО, а на вставке 2315 показано увеличенное изображение графика 2301 для величин от -0,2 мкм до 0 мкм по оси х. Аналогичным образом, на графике 2302 показаны скорости излучательной рекомбинации для солнечных элементов с конформными (линия 2321) и планарными (линия 2320) контактами из ТСО, а на графике 2303 показаны скорости рекомбинации Шокли-Рида-Холла (SRH) для солнечных элементов с конформными (линия 2331) и планарными (линия 2330) контактами из ТСО, а также показаны вставки 2325 и 2335.
На каждом из графиков 2301, 2302 и 2303 видно, что скорости рекомбинации носителей преимущественно выше в солнечных элементах с планарными контактами из ТСО.
Более высокая скорость излучательной рекомбинации в сердечнике повышает концентрацию дырок в оболочке за счет поглощения повторно испускаемых фотонов из сердечника солнечных элементов с планарным контактом из ТСО и способствует электронному току. Более высокая концентрация дырок в оболочке, в свою очередь, повышает скорость рекомбинации носителей в оболочке, а более высокая скорость излучательной рекомбинации увеличивает перепоглощение фотонов.
В результате более высоких скоростей излучательной рекомбинации (как в сердечнике, так и оболочке) и рекомбинации Оже (в сердечнике) возрастает энергетический квазиуровень Ферми электронов в сердечнике и повышается напряжение разомкнутой цепи в солнечных элементах с планарным контактом из ТСО.
Несмотря на значительно более высокий энергетический барьер в зоне проводимости на границе GaAs/Al0.2Ga0.8As, за счет лучшего перепоглощения фотонов в оболочке в результате поглощения повторно испускаемых фотонов из сердечника солнечные элементы с планарным контактом из ТСО все же имеют большее действующее значение плотности переменного тока для нанопроволоки длиной более 2 мкм, чем солнечные элементы с конформным боковым контактом из ТСО. Это указывает, что, несмотря на более высокие скорости рекомбинации носителей в оболочке солнечных элементов с планарным контактом из ТСО, чем солнечных элементов с конформным боковым контактом из ТСО, эффективность собирания носителей и перепоглощения фотонов солнечных элементов с планарным контактом из ТСО является более высокой, чем у солнечных элементов с конформным боковым контактом из ТСО.
Эффективность преобразования солнечной энергии фотоэлектрическим элементом с использованием этой нанопроволоки повышаться за счет оптимизации степени уплотнения нанопроволоки с целью улучшения эффектов улавливания/концентрирования/удерживания света и уменьшения отражения путем нанесения противоотражающих покрытий.
Было осуществлено дальнейшее моделирование с целью оптимизации степени уплотнения нанопроволоки в массиве. На фиг. 24 показано, как процент уплотнения нанопроволоки в массиве влияет на эффективность преобразования солнечной энергии. При моделировании, представленном на фиг. 24, использовалась шестиугольная нанопроволока с планарным контактом из ТСО, внедренная в Si3N4 (выбранным из-за его способности распространять тепло и показателя преломления как у ТСО, такого как ZnO, для сведения к минимуму потерь на отражение света) и оптимизированными свойствами, указанными выше. При моделировании варьировали величину шага нанопроволоки в массиве, чтобы изучить степень улавливания света и характеристики солнечных элементов в зависимости от процента уплотне- 15 030596
ния нанопроволоки.
На графике на фиг. 24 показано, что эффективность солнечного элемента 2410 линейно возрастает с процентом уплотнения. На графике также показано, как с процентом уплотнения изменяется расстояние 2420 между гранями соседних нанопроволок. Когда расстояние между гранями соседних нанопроволок составляет приблизительно 160-174 нм, в приведенном примере моделирования солнечный свет очень прочно захватывается массивом нанопроволоки, и достигается оптимальная эффективность преобразования солнечной энергии.
При расстоянии между гранями менее 174 нм эффективность преобразования солнечной энергии достигает предела и снижается в результате увеличения дифракционных потерь, предотвращающих проникание солнечного света в пространство между нанопроволоками. В примере моделирования эффективность преобразования солнечной энергии падает до менее 38% при слишком малой величине шага для того, чтобы солнечный свет мог проникать в пространство между нанопроволоками.
Даже при очень низких процентах уплотнения, таких как 8%, эффективность преобразования солнечной энергии составляет 10%, что сравнимо с эффективностью существующих солнечных элементов из массивов нанопроволочных сердечников и оболочек. Соответственно, проценты уплотнения предпочтительно составляют более 8%. Проценты уплотнения более предпочтительно составляют более 20%, еще более предпочтительно приближены к точке, в которой эффективность преобразования солнечной энергии начинает падать из-за увеличения дифракционных потерь, которая в этом примере находится на уровне 53,9%.
Проиллюстрированное на фиг. 24 моделирование осуществлялось при зенитном угле 25° и азимутальном угле 0° в качестве углов падения солнечного света AM1.5G. За зенитный угол 2431 принимается угол относительно вертикальной оси z нанопроволоки 2430. За азимутальный угол 2432 принимается горизонтальный угол между падающим лучом солнца и нормалью боковой грани шестиугольной нанопроволоки 2430.
В другом примере осуществили моделирование при зенитном угле 60° и азимутальном угле 0° в качестве углов падения солнечного света AM1.5G при использовании нанопроволоки длиной 6 мкм с планарным контактом из ТСО, сердечником из GaAs диаметром 400 нм с концентрацией акцепторной примеси 7х1016 см-3 и оболочкой из Al0.2Ga0.8As с концентрацией донорной примеси 1016 см-3. В этом примере эффективность солнечного элемента возрастала с увеличение процента уплотнения нанопроволоки, но при расстоянии между нанопроволоками, меньшем, чем дифракционный предел, значительно снижалась из-за возрастающих дифракционных потерь. При расстоянии между нанопроволоками 160 нм и проценте уплотнения приблизительно 57,2% достигалась пиковая эффективность преобразования солнечной энергии 33,4%. При расстоянии менее 160 нм эффективность преобразования солнечной энергии значительно падала (до 23,9% при расстоянии 150 нм).
Углы падения солнечного света на солнечный элемент из нанопроволочного массива могут оказывать значительное влияние на захват солнечного света. На фиг. 25 проиллюстрировано, как зенитный угол солнечного света при азимутальном угле 0° влияет на плотность 2510 тока короткого замыкания, эффективность 2520 солнечного элемента, напряжение 2530 разомкнутой цепи и коэффициент 2540 заполнения оптимизированного нанопроволочного массива с процентом уплотнения 53,9%. На графике показано, что для достижения высокой эффективности солнечного элемента зенитный угол должен составлять от 15° до 65°. При углах падения менее 15° и более 75° эффективность солнечного элемента резко падает до уровня при 0° и 89° соответственно. Это является результатом более высоких потерь на отражение, которые уменьшают плотность тока короткого замыкания от 71-80 мА/см2 при углах падения 15-65° до 24,3 и 10,1 мА/см2 при углах падения 0° и 89° соответственно. Напряжение разомкнутой цепи и коэффициент заполнения остаются относительно постоянными на протяжении всего диапазона углов падения от 0° до 89°.
Поскольку нанопроволока имеет шестиугольную форму, азимутальный угол падающих лучей солнца также должен влиять на характеристики солнечного элемента из нанопроволочного массива. На фиг. 26 проиллюстрировано, как азимутальный угол солнечного света при зенитном угле 25° влияет на плотность 2610 тока короткого замыкания, эффективность 2620 солнечного элемента, напряжение 2630 разомкнутой цепи и коэффициент 2640 заполнения оптимизированного нанопроволочного массива с процентом уплотнения 53,9%.
Показано, что плотность тока короткого замыкания достигает максимума около 79,6 мА/см2 при азимутальном угле 0°, когда солнце находится на одной линии с нормалью боковой грани шестиугольной нанопроволоки. Показано, что плотность тока постепенно снижается до минимума приблизительно 64,5 мА/см2 с увеличением азимутального угла до 30°, когда солнце находится на одной линии с двумя противолежащими углами шестиугольной проволоки, а затем достигает другого максимума при азимутальном угле 60°. В результате этого колебания плотности тока короткого замыкания с азимутальным углом также повышается и снижается эффективность солнечного элемента. Напряжение разомкнутой цепи и коэффициент заполнения остаются относительно постоянными на протяжении всего диапазона азимутальных углов.
Моделирование, проиллюстрированное на фиг. 25 и 26, показывает, что оптимизированный сол- 16 030596
нечный элемент из нанопроволочного массива обладает высокой эффективностью преобразования солнечной энергии в широком диапазоне зенитных углов и при всех азимутальных углах.
В другом примере осуществили моделированием с использованием нанопроволоки с планарным контактом из ТСО, чтобы определить влияние изменения зенитного и азимутального углов. Плотность тока короткого замыкания у солнечных элементов с планарным контактом из ТСО резко возрастает в диапазоне зенитных углов от 0° до 10°, поскольку свет концентрируется на нанопроволоке сбоку. В диапазоне зенитных углов от 10° до 75° плотность тока короткого замыкания достигает насыщения и постепенно снижается до другого плато в результате роста потерь на отражение света на поверхности планарного контакта из ТСО, и соответствующего уменьшения потерь на отражение света и длины пути света на боковых гранях нанопроволоки. При зенитных углах более 75° плотность тока короткого замыкания резко снижается из-за возрастающих потерь на отражение света и малой длины пути света на боковых гранях нанопроволоки.
Напряжение разомкнутой цепи остается преимущественно постоянным за исключением незначительного спада при зенитных углах от 0° до 10° и от 75° до 89°. Незначительное изменение напряжения разомкнутой цепи объясняется небольшим изменением количества несобранных носителей, из-за чего минимально изменяется электродвижущая сила поля p-n-перехода. Аналогичным образом, коэффициент заполнения остается преимущественно постоянным за исключением незначительного возрастания при зенитных углах от 0° до 10° и от 75° до 89°.
Хотя эффективность преобразования солнечной энергии, представленная в виде графика на фиг. 25, основана на площади освещаемой поверхности пластины, более точный расчет эффективности преобразования солнечной энергии основан на реальной площади поглощения. Эффективность преобразования солнечной энергии в зависимости от площади поглощения значительно возрастает от 2,5 до 28,5% при зенитных углах 1° от 30° соответственно, поскольку от боковых граней нанопроволоки отражается меньше солнечного света, за счет чего увеличивается количество солнечного света, поглощаемого нанопроволокой.
При зенитных углах от 35° до 70°, эффективность преобразования солнечной энергии в зависимости от площади поглощения достигает насыщения на уровне от 29,6 до 31,8% со снижением потерь на отражение света на границе раздела воздуха и элемента. При зенитном угле более 70° эффективность преобразования солнечной энергии в зависимости от площади поглощения резко падает из-за возрастающих потерь на отражение света на границе раздела воздуха и элемента. Соответственно, наивысшая эффективность преобразования солнечной энергии в зависимости от площади поглощения при расстоянии между нанопроволоками ~174 нм составляет 31,8% при зенитном и азимутальном углах 60° и 0° соответственно.
Как и в предыдущем примере, азимутальный угол падающего света отрицательно влияет на напряжение разомкнутой цепи и коэффициент заполнения, которые остаются в основном неизменными на уровне 0,93 B и 0,73 соответственно. Плотность тока короткого замыкания постепенно снижается от максимума 58,8 мА/см2 до минимума 45 мА/см2 при азимутальном угле 30°. Соответственно, эффективность преобразования солнечной энергии в зависимости от площади поглощения снижается и возрастает в интервале от 26 до 31,8% с изменением азимутального угла.
В одном из примеров достигнута эффективность преобразования солнечной энергии 33,4% с использованием нанопроволочной структуры из массива нанопроволоки с планарным контактом из ТСО при следующих параметрах: сердечник p-типа из GaAs диаметром 400 нм с концентрацией легирующей примеси 7х1016 см-3, оболочка n-типа из Al0.2Ga0.8As толщиной 50 нм с концентрацией легирующей примеси 1016 см-3, длина нанопроволоки - 6 мкм, расстояние между гранями - 160 нм, процент уплотнения 57,2%, азимутальный угол падающего света - 0°, зенитный угол падающего света -60°. Эта эффективность солнечного элемента является высокой для арсенид-галлиевых солнечных элементов на одном p-nпереходе, поскольку она превосходит эффективность солнечного элемента ~28-29%, достигаемую в лучших из существующих планарных тонкопленочных арсенид-галлиевых солнечных элементах на одном переходе и преимущественно превосходит эффективность существующих солнечных элементах с радиальными p-n-переходами, которая составляет менее 10%.
Хотя указанная комбинация параметров может обеспечивать оптимальную эффективность солнечного элемента, указанные области каждого из отдельных параметров обеспечивают собственное повышение эффективности солнечного элемента. Различные указанные параметры могут использоваться вместе или по отдельности с целью повышения эффективности преобразования солнечной энергии солнечными элементами с радиальными p-n-переходами.
Хотя существуют методы численного моделирования для определения характеристик p-nпереходов, при моделировании в изобретении применены новые идеи, в результате чего получено множество неожиданных и полезных результатов. Поскольку требования точного расчета параметров предлагаемого решения являются непомерно высокими, специалисты должны принимать конкретные решения в отношении того, например, какие расчеты приемлемы, какие физические эффекты следует включать в модель, какую систему моделирования следует использовать, и какие ограничения следует. Предыдущие попытки моделирования таких систем давали непоследовательные и некоррелированные ре- 17 030596
зультаты вследствие неуместных выборов, таких как выбор неправильного ограничения для заданной широкой области параметров. Только путем подробных исследований, охватывающих широкую область физики полупроводников, и численного моделирования, а также путем преодоления предубеждений и предвзятых мнений в отношении известных методов конструирования планарных тонкопленочных солнечных элементов были получены последовательные и неожиданные результаты предлагаемого решения.
Подразумевается, что настоящее изобретение включает варианты комбинаций необязательных признаков, изложенных в описанных выше вариантах осуществления. В частности, подразумевается, что признаки, содержащиеся в зависимых пунктах прилагаемой формулы изобретения, раскрыты в сочетании с любыми другими соответствующими независимыми пунктами, которые могут существовать, и что настоящее изобретение не ограничено лишь сочетанием признаков этих зависимых пунктов и независимого пункта, от которого они изначально зависят.
Claims (4)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Фотоэлектрический элемент, содержащий по меньшей мере одну нанопроволочную структуру, прикрепленную к подложке, при этом каждая по меньшей мере из одной нанопроволочной структуры содержитсильнолегированный сердечник p-типа, проксимальный конец которого прикреплен к подложке, а дистальный конец находится на удалении от подложки, ислаболегированную оболочку n-типа вокруг сердечника p-типа, сформированную таким образом, что образуется радиальный p-n-переход,причем сердечник p-типа состоит из GaAs, оболочка n-типа состоит из AlxGa1-xAs, при этом х имеет величину 0,2 или менее.
- 2. Фотоэлектрический элемент по п.1, в котором концентрация легирующей примеси в сердечнике p-типа составляет 1016 см-3 или более и менее 1018 см-3.
- 3. Фотоэлектрический элемент по любому предшествующему пункту, в котором концентрация легирующей примеси в оболочке n-типа составляет менее 1017 см-3, предпочтительно 1016 см-3.
- 4. Фотоэлектрический элемент по п.1, в котором сердечник p-типа имеет радиус более 300 нм, предпочтительно 400 нм и состоит из GaAs с концентрацией легирующей примеси более 1018 см-3, предпочтительно 1019 см-3, оболочка n-типа имеет толщину менее 50 нм, предпочтительно 40 нм и состоит из Al0.2Ga0.8As с концентрацией легирующей примеси менее 1017 см-3, предпочтительно 1016 см-3, а нанопроволочная структура имеет длину более 5 мкм, предпочтительно от 5 до 7 мкм, более предпочтительно 6 мкм.- 18 030596
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB1314566.9A GB2517186A (en) | 2013-08-14 | 2013-08-14 | Radial P-N junction nanowire solar cells |
| GB1400087.1A GB2517224A (en) | 2013-08-14 | 2014-01-03 | Radial P-N Junction nanowire solar cells |
| GB1406860.5A GB2517234A (en) | 2013-08-14 | 2014-04-16 | Radial P-N junction nanowire solar cells |
| PCT/EP2014/067457 WO2015022414A1 (en) | 2013-08-14 | 2014-08-14 | Radial p-n junction nanowire solar cells |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201690366A1 EA201690366A1 (ru) | 2016-07-29 |
| EA030596B1 true EA030596B1 (ru) | 2018-08-31 |
Family
ID=49262169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201690366A EA030596B1 (ru) | 2013-08-14 | 2014-08-14 | НАНОПРОВОЛОЧНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ С РАДИАЛЬНЫМИ p-n-ПЕРЕХОДАМИ |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20160197206A1 (ru) |
| EP (1) | EP3033773B1 (ru) |
| JP (1) | JP6420834B2 (ru) |
| KR (1) | KR102322321B1 (ru) |
| CN (1) | CN105874608B (ru) |
| AU (1) | AU2014307879B2 (ru) |
| CA (1) | CA2921290A1 (ru) |
| EA (1) | EA030596B1 (ru) |
| GB (3) | GB2517186A (ru) |
| MY (1) | MY175405A (ru) |
| SG (1) | SG11201601033SA (ru) |
| WO (1) | WO2015022414A1 (ru) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201021112D0 (en) | 2010-12-13 | 2011-01-26 | Ntnu Technology Transfer As | Nanowires |
| GB201311101D0 (en) | 2013-06-21 | 2013-08-07 | Norwegian Univ Sci & Tech Ntnu | Semiconducting Films |
| CA2992156A1 (en) | 2015-07-13 | 2017-01-16 | Crayonano As | Nanowires or nanopyramids grown on graphitic substrate |
| TWI772266B (zh) | 2015-07-13 | 2022-08-01 | 挪威商卡亞奈米公司 | 發光二極體裝置及光偵測器裝置 |
| BR112018001815A2 (pt) | 2015-07-31 | 2018-09-18 | Crayonano As | processo para cultivar nanofios ou nanopirâmides em substratos grafíticos |
| US20180254363A1 (en) * | 2015-08-31 | 2018-09-06 | The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma | Semiconductor devices having matrix-embedded nano-structured materials |
| JP6599729B2 (ja) * | 2015-10-27 | 2019-10-30 | 京セラ株式会社 | 光電変換装置 |
| CN106898666B (zh) * | 2017-01-12 | 2018-08-28 | 华北电力大学 | 一种径向(110)体硅太阳电池及其制备方法 |
| GB201705755D0 (en) | 2017-04-10 | 2017-05-24 | Norwegian Univ Of Science And Tech (Ntnu) | Nanostructure |
| CN107331715B (zh) * | 2017-07-03 | 2020-06-30 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种太阳能电池及其制作方法 |
| RU190887U1 (ru) * | 2019-05-24 | 2019-07-16 | федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования и науки "Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет Российской академии наук" | Солнечный элемент на основе пластинчатых нанокристаллов (al,ga)as с поперечными гетеропереходами |
| US11355540B2 (en) * | 2020-04-15 | 2022-06-07 | Visera Technologies Company Limited | Optical device |
| RU209840U1 (ru) * | 2021-10-21 | 2022-03-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Устройство для сбора солнечного излучения |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100193768A1 (en) * | 2005-06-20 | 2010-08-05 | Illuminex Corporation | Semiconducting nanowire arrays for photovoltaic applications |
| US20110126891A1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-06-02 | Hajime Goto | Solar Cell Element, Color Sensor and Method of Manufacturing Light Emitting Element and Light Receiving Element |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8314327B2 (en) * | 2005-11-06 | 2012-11-20 | Banpil Photonics, Inc. | Photovoltaic cells based on nano or micro-scale structures |
| US20080135089A1 (en) * | 2006-11-15 | 2008-06-12 | General Electric Company | Graded hybrid amorphous silicon nanowire solar cells |
| CN101262024A (zh) * | 2008-03-26 | 2008-09-10 | 北京师范大学 | 硅纳米线/非晶硅异质结太阳能电池 |
| US8519379B2 (en) * | 2009-12-08 | 2013-08-27 | Zena Technologies, Inc. | Nanowire structured photodiode with a surrounding epitaxially grown P or N layer |
| FR2932013A1 (fr) * | 2008-10-10 | 2009-12-04 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication d'une cellule photovoltaique a nanofils |
| US8674214B2 (en) * | 2008-10-23 | 2014-03-18 | Alta Devices, Inc. | Thin absorber layer of a photovoltaic device |
| EP2419938A2 (en) * | 2009-04-15 | 2012-02-22 | Sol Voltaics AB | Multi-junction photovoltaic cell with nanowires |
| US10505062B2 (en) * | 2009-07-09 | 2019-12-10 | Faquir Chand Jain | High efficiency tandem solar cells and a method for fabricating same |
| US8687186B2 (en) * | 2009-07-30 | 2014-04-01 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Nanowire-based systems for performing raman spectroscopy |
| KR101139443B1 (ko) * | 2009-09-04 | 2012-04-30 | 엘지전자 주식회사 | 이종접합 태양전지와 그 제조방법 |
| JP2013508966A (ja) * | 2009-10-22 | 2013-03-07 | ソル ヴォルタイクス アーベー | ナノワイヤトンネルダイオードおよびその製造方法 |
| KR20110057989A (ko) * | 2009-11-25 | 2011-06-01 | 삼성전자주식회사 | 그래핀과 나노구조체의 복합 구조체 및 그 제조방법 |
| JP2011138804A (ja) * | 2009-12-25 | 2011-07-14 | Honda Motor Co Ltd | ナノワイヤ太陽電池及びその製造方法 |
| US20110240099A1 (en) * | 2010-03-30 | 2011-10-06 | Ellinger Carolyn R | Photovoltaic nanowire device |
| KR101142545B1 (ko) * | 2010-10-25 | 2012-05-08 | 서울대학교산학협력단 | 태양전지 및 그 제조 방법 |
| GB201021112D0 (en) * | 2010-12-13 | 2011-01-26 | Ntnu Technology Transfer As | Nanowires |
| JP5409707B2 (ja) * | 2011-06-15 | 2014-02-05 | シャープ株式会社 | 半導体素子、半導体素子の製造方法、発光ダイオード、光電変換素子、太陽電池、照明装置、バックライトおよび表示装置 |
| FR2984599B1 (fr) * | 2011-12-20 | 2014-01-17 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication d'un micro- ou nano- fil semiconducteur, structure semiconductrice comportant un tel micro- ou nano- fil et procede de fabrication d'une structure semiconductrice |
| GB201211038D0 (en) * | 2012-06-21 | 2012-08-01 | Norwegian Univ Sci & Tech Ntnu | Solar cells |
-
2013
- 2013-08-14 GB GB1314566.9A patent/GB2517186A/en not_active Withdrawn
-
2014
- 2014-01-03 GB GB1400087.1A patent/GB2517224A/en not_active Withdrawn
- 2014-04-16 GB GB1406860.5A patent/GB2517234A/en not_active Withdrawn
- 2014-08-14 EP EP14752845.9A patent/EP3033773B1/en active Active
- 2014-08-14 CN CN201480055147.9A patent/CN105874608B/zh active Active
- 2014-08-14 AU AU2014307879A patent/AU2014307879B2/en not_active Ceased
- 2014-08-14 JP JP2016533929A patent/JP6420834B2/ja active Active
- 2014-08-14 WO PCT/EP2014/067457 patent/WO2015022414A1/en active Application Filing
- 2014-08-14 US US14/911,869 patent/US20160197206A1/en not_active Abandoned
- 2014-08-14 CA CA2921290A patent/CA2921290A1/en not_active Abandoned
- 2014-08-14 SG SG11201601033SA patent/SG11201601033SA/en unknown
- 2014-08-14 MY MYPI2016700509A patent/MY175405A/en unknown
- 2014-08-14 EA EA201690366A patent/EA030596B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2014-08-14 KR KR1020167006733A patent/KR102322321B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100193768A1 (en) * | 2005-06-20 | 2010-08-05 | Illuminex Corporation | Semiconducting nanowire arrays for photovoltaic applications |
| US20110126891A1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-06-02 | Hajime Goto | Solar Cell Element, Color Sensor and Method of Manufacturing Light Emitting Element and Light Receiving Element |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ERIK C. GARNETT, MARK L. BRONGERSMA, YI CUI, MICHAEL D. MCGEHEE: "Nanowire Solar Cells", ANNUAL REVIEW OF MATERIALS RESEARCH, ANNUAL REVIEWS, vol. 41, no. 1, 4 August 2011 (2011-08-04), pages 269 - 295, XP055145860, ISSN: 15317331, DOI: 10.1146/annurev-matsci-062910-100434 * |
| LIM CHENG G.; WEMAN HELGE: "Numerical analysis and device optimization of radial p-n junction GaAs/AlxGa1−xAs core-shell nanowire solar c", 2013 13TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON NUMERICAL SIMULATION OF OPTOELECTRONIC DEVICES (NUSOD), IEEE, 19 August 2013 (2013-08-19), pages 11 - 12, XP032506861, ISSN: 2158-3234, ISBN: 978-1-4673-6309-9, DOI: 10.1109/NUSOD.2013.6633099 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105874608B (zh) | 2018-11-13 |
| GB2517224A (en) | 2015-02-18 |
| GB2517234A (en) | 2015-02-18 |
| WO2015022414A1 (en) | 2015-02-19 |
| KR102322321B1 (ko) | 2021-11-05 |
| GB2517186A (en) | 2015-02-18 |
| GB201400087D0 (en) | 2014-02-19 |
| GB201314566D0 (en) | 2013-09-25 |
| AU2014307879A1 (en) | 2016-03-10 |
| EP3033773A1 (en) | 2016-06-22 |
| AU2014307879B2 (en) | 2018-11-15 |
| CN105874608A (zh) | 2016-08-17 |
| CA2921290A1 (en) | 2015-02-19 |
| GB201406860D0 (en) | 2014-05-28 |
| JP6420834B2 (ja) | 2018-11-07 |
| EA201690366A1 (ru) | 2016-07-29 |
| EP3033773B1 (en) | 2022-05-04 |
| JP2016530721A (ja) | 2016-09-29 |
| US20160197206A1 (en) | 2016-07-07 |
| SG11201601033SA (en) | 2016-03-30 |
| KR20160061997A (ko) | 2016-06-01 |
| MY175405A (en) | 2020-06-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA030596B1 (ru) | НАНОПРОВОЛОЧНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ С РАДИАЛЬНЫМИ p-n-ПЕРЕХОДАМИ | |
| Aroutiounian et al. | Quantum dot solar cells | |
| US20130220406A1 (en) | Vertical junction solar cell structure and method | |
| CN101803035A (zh) | 基于纳米线的太阳能电池结构 | |
| WO2009022945A1 (fr) | Convertisseur d'émission électromagnétique | |
| US20130192663A1 (en) | Single and multi-junction light and carrier collection management cells | |
| WO2009142529A1 (ru) | Преобразователь электромагнитного излучения и батарея | |
| US20160172514A1 (en) | Photovoltaic Microstructure and Photovoltaic Device Employing Nanowires with Single-Side Conductive Strips | |
| US20130092210A1 (en) | Light and carrier collection management photovoltaic structures | |
| GB2451108A (en) | Photovoltaic Device | |
| Picraux et al. | Semiconductor nanowires for solar cells | |
| Nawaz | Design analysis of a-Si/c-Si HIT solar cells | |
| Voigt et al. | Geometrical optimization and contact configuration in radial pn junction silicon nanorod and microrod solar cells | |
| Rahman | Low Light Intensity and High Temperature Efficient Interdigitated Back-Surface-Contact Solar Cell with 28 | |
| Saive et al. | Enhanced light trapping in thin silicon solar cells using effectively transparent contacts (ETCs) | |
| KR102257485B1 (ko) | 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
| Jiang et al. | Studies on the polycrystalline silicon/SiO2 stack as front surface field for IBC solar cells by two-dimensional simulations | |
| Das | Efficiency improvement of pin structure over pn structure and effect of p-Layer and i-Layer properties on electrical measurements of gallium nitride and indium nitride alloy based thin film solar cell using AMPS-1D | |
| US20200144429A1 (en) | Plasmonic Multiple Exciton Generation | |
| Chapa | 2D Optimization of Thin Perovskite/Silicon Four-Terminal Tandem Solar Cells | |
| Sharma et al. | Modeling and Simulation of High Efficiency Tandem Solar Cell Using Computer Aided Design | |
| JP2010199389A (ja) | 太陽電池 | |
| AU2012101765A4 (en) | M-PIN-SPVSC (Multiple PIN Composition Silicon Super PV Cells for Solar Concentrator) | |
| TW201347206A (zh) | 層疊型太陽能電池結構 | |
| US20140137933A1 (en) | Devices and methods for providing carrier selective contact devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |