Design and optimization of GaN ‐based betavoltaic cell for enhanced output power density

氮化镓 材料科学 光电子学 功率密度 能量转换效率 电流密度 耗尽区 氮化物 图层(电子) 辐照 电压 功率(物理) 纳米技术 电气工程 半导体 物理 量子力学 工程类 核物理学
作者
Young Jun Yoon,Jae Sang Lee,In Man Kang,Jung‐Hee Lee,Dong‐Seok Kim
出处
期刊:International Journal of Energy Research [Wiley]
卷期号:45 (1): 799-806 被引量:9
标识
DOI:10.1002/er.5909
摘要

In this work, we designed and optimized a gallium nitride (GaN)-based betavoltaic (BV) cell using an AlGaN back-barrier layer and finger structure for improving the output power density. A short-circuit current density (JSC) and an open-circuit voltage (VOC) of the BV cells associated with an output power density were investigated by using electron-beam (e-beam) irradiation. The device with the Al0.25Ga0.75N back-barrier layer exhibited an enhanced JSC because the potential barrier with a high height reduced excess carriers moving to the substrate region. The finger structure of the proposed BV cells was optimized by changing parameters such as the width of the intrinsic GaN region (Wi-GaN) and heights of the p-GaN and n-GaN regions (Hp-GaN and Hn-GaN). The optimized BV cell with a Wi-GaN of 100 nm, a Hn-GaN of 100 nm, and a Hp-GaN of 200 nm obtained a higher JSC compared to that of the conventional p-i-n BV cell because an optimum structure resulted in a wide depletion area, which was involved in the improved charge collection. As a result, the output power density of the proposed BV cell was enhanced by 14.8% than that of the conventional BV because of the improved JSC. The proposed structure shows a high potential for BV cells with a high-power conversion efficiency.
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