Energy band engineering of InGaN/GaN multi-quantum-well solar cells via AlGaN electron- and hole-blocking layers

光电子学 材料科学 太阳能电池 量子效率 宽禁带半导体 能量转换效率 光伏系统 电流密度 化学气相沉积 带隙 生态学 量子力学 生物 物理
作者
Xuanqi Huang,Hong Chen,Houqiang Fu,Izak Baranowski,Jossue Montes,Tsung-Han Yang,Kai Fu,Brendan Gunning,Daniel Koleske,Yuji Zhao
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:113 (4) 被引量:33
标识
DOI:10.1063/1.5028530
摘要

In this paper, we perform a comprehensive study on energy band engineering of InGaN multi-quantum-well (MQW) solar cells using AlGaN electron- and hole-blocking layers. InGaN MQW solar cells with AlGaN layers were grown by metalorganic chemical vapor deposition, and high crystal quality was confirmed by high resolution X-ray diffraction measurements. Time-resolved photoluminescence results showed that the carrier lifetime on the solar cells with AlGaN layers increased by more than 40% compared to that on the reference samples, indicating greatly improved carrier collections. The illuminated current-density (J–V) measurements further confirmed that the short-circuit current density (Jsc) of the solar cells also benefited from the AlGaN layer design and increased 46%. At room temperature, the InGaN solar cells with AlGaN layers showed much higher power conversion efficiency (PCE), by up to two-fold, compared to reference devices. At high temperatures, these solar cells with AlGaN layers also delivered superior photovoltaic (PV) performance such as PCE, Jsc, and fill factor than the reference devices. These results indicate that band engineering with AlGaN layers in the InGaN MQW solar cell structures can effectively enhance the carrier collection process and is a promising design for high efficiency InGaN solar cells for both room temperature and high temperature PV applications.

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