Exploiting intervalley scattering to harness hot carriers in III–V solar cells

异质结 带隙 光电子学 太阳能电池 材料科学 散射 能量转换效率 物理 多激子产生 光学
作者
Hamidreza Esmaielpour,Kyle R. Dorman,D. K. Ferry,Tetsuya Mishima,M. B. Santos,Vincent R. Whiteside,Ian R. Sellers
出处
期刊:Nature Energy [Springer Nature]
卷期号:5 (4): 336-343 被引量:53
标识
DOI:10.1038/s41560-020-0602-0
摘要

Hot carrier solar cells offer the potential to exceed the Shockley–Queisser limit. So far, however, there has been no clear route to achieve this result. Recently, the exploitation of the satellite valleys of the solar absorber material has been proposed as a feasible approach to harness hot carriers. Here, we show that, upon photoinduced and field-aided intervalley scattering to upper L-valleys, hot carriers can be harnessed in InGaAs/AlInAs heterojunctions at voltages defined by the upper valley (~1.25 V in the ideal case) rather than the bandgap of the InGaAs absorber (0.75 eV) under practical operational conditions. The efficiency of the present system does not exceed the single bandgap limit due to a mismatch in the valley degeneracy across the n+-AlInAs/n-InGaAs interface. However, we suggest that this is not a fundamental limitation to the realization of a hot carrier solar cell. Hot carrier solar cells offer greater conversion efficiency than single junction cells but they have yet to be demonstrated in real devices. Esmaielpour et al. show that hot carriers are harnessed from metastable valleys in III–V heterojunction devices at voltages greater than the absorber bandgap.
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