Une étude met en évidence une efficacité améliorée pour les cellules solaires à porteur chaud
par Clarence Oxford
Los Angeles Californie (SPX) 25 septembre 2024
Les cellules solaires à porteur chaud, proposées pour la première fois il y a des décennies, ont joué un rôle clé dans le dépassement de la limite d’efficacité de Shockley-Queisser dans les cellules solaires à jonction distinctive. Malgré leurs avantages théoriques, ces cellules ont été confrontées à des défis importants, notamment pour extraire rapidement les électrons chauds à travers les interfaces matérielles.
Des études récentes ont étudié l’utilisation de vallées satellites dans la bande de conduction pour stocker temporairement les électrons chauds avant extraction. Cependant, une barrière parasite à l’interface entre les couches d’absorbeur et d’extraction constitue un impediment majeur. Cette barrière complique le transfert d’électrons, qui se produit dans l’espace réel plutôt que dans l’espace d’impulsion. Lorsque les bandes d’énergie entre les matériaux ne sont pas parfaitement alignées, les électrons contournent la barrière through un processus tunnel, affecté par des buildings de bandes complexes.
Dans une nouvelle étude publiée dans le « Journal of Photonics for Vitality (JPE) », les chercheurs ont exploré les états évanescents et leur impression sur l’effet tunnel électronique à l’aide d’une méthode empirique de pseudopotentiel. Cette approche a permis de calculer les bandes d’énergie dans l’espace de quantité de mouvement et de les aligner sur les données expérimentales, offrant ainsi des informations précieuses sur les mécanismes d’extraction des porteurs chauds entre les états de vallée et entre les interfaces matérielles.
La recherche permet de mieux comprendre les processus de tunneling et pourrait conduire à des cellules solaires à assist chaud plus efficaces, dépassant potentiellement les limites d’efficacité des applied sciences solaires actuelles.
L’étude a spécifiquement mis en évidence que le coefficient d’effet tunnel, qui mesure la facilité avec laquelle les électrons traversent la barrière, est exponentiellement élevé dans les buildings d’arséniure d’indium-aluminium (InAlAs) et d’arséniure d’indium-gallium (InGaAs) en raison de bandes d’énergie incompatibles. Même une légère rugosité à l’interface (quelques atomes seulement d’épaisseur) peut gravement entraver le transfert d’électrons, ce qui correspond aux problèmes de performances observés dans les dispositifs expérimentaux utilisant ces matériaux.
Cependant, la scenario s’améliore avec les buildings aluminium-gallium-arséniure (AlGaAs) et gallium-arséniure (GaAs). Dans ces systèmes, l’aluminium présent dans la barrière crée une dégénérescence dans les vallées satellites de basse énergie, conduisant à un meilleur alignement des bandes d’énergie et à un transfert d’électrons plus efficace. Le coefficient de tunneling dans les buildings AlGaAs/GaAs peut atteindre 0,5 à 0,88, selon la composition de l’aluminium, ce qui suggère un processus de transfert nettement plus efficace.
Ces résultats font allusion au potentiel du photovoltaïque de vallée, qui pourrait permettre de produire des cellules solaires dépassant les limites actuelles d’efficacité à bande interdite distinctive. Dans les transistors à haute mobilité électronique fabriqués à partir d’AlGaAs/GaAs, le transfert d’électrons d’AlGaAs à GaAs est courant, mais les porteurs chauds dans GaAs peuvent également gagner suffisamment d’énergie pour être retransférés à AlGaAs, un processus connu sous le nom de transfert dans l’espace réel. Bien que généralement indésirable dans les transistors, ce processus est bénéfique pour le photovoltaïque de vallée, où un stockage et un transfert efficaces des porteurs chauds sont cruciaux.
Rapport de recherche :Sur l’utilisation de buildings de bandes complexes pour étudier le photovoltaïque des vallées : vers une extraction efficace des porteurs chauds
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