Hot-Carrier Extraction in Nanowire-Nanoantenna Photovoltaic Devices

纳米线 光伏系统 材料科学 光电子学 萃取(化学) 光伏 纳米技术 化学 电气工程 工程类 色谱法
作者
I-Ju Chen,Steven Limpert,Wondwosen Metaferia,Claes Thelander,Lars Samuelson,Federico Capasso,A. M. Burke,Heiner Linke
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:20 (6): 4064-4072 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b04873
摘要

Nanowires bring new possibilities to the field of hot-carrier photovoltaics by providing flexibility in combining materials for band engineering and using nanophotonic effects to control light absorption. Previously, an open-circuit voltage beyond the Shockley-Queisser limit was demonstrated in hot-carrier devices based on InAs-InP-InAs nanowire heterostructures. However, in these first experiments, the location of light absorption, and therefore the precise mechanism of hot-carrier extraction, was uncontrolled. In this Letter, we combine plasmonic nanoantennas with InAs-InP-InAs nanowire devices to enhance light absorption within a subwavelength region near an InP energy barrier that serves as an energy filter. From photon-energy- and irradiance-dependent photocurrent and photovoltage measurements, we find that photocurrent generation is dominated by internal photoemission of nonthermalized hot electrons when the photoexcited electron energy is above the barrier and by photothermionic emission when the energy is below the barrier. We estimate that an internal quantum efficiency up to 0.5-1.2% is achieved. Insights from this study provide guidelines to improve internal quantum efficiencies based on nanowire heterostructures.

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