FDTD-Based Optimization of Geometrical Parameters and Material Properties for GaAs-Truncated Nanopyramid Solar Cells

物理 材料科学 光学 光电子学 拓扑(电路) 组合数学 数学
作者
D.V. Prashant,Dip Prakash Samajdar,Zahra Arefinia
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:68 (3): 1135-1141 被引量:38
标识
DOI:10.1109/ted.2021.3055190
摘要

Solar cells (SCs) based on semiconductor nanostructures with the distinctive potential of significant savings in material and effective control over light trapping and scattering processes provide a pathway to low-cost and high-efficiency next-generation SCs. To realize efficient light harvesting and reduced reflection and transmission loss of the nanostructures, the geometrical parameters and material properties must be deliberately optimized. In this article, for SCs based on vertically aligned GaAs-truncated nanopyramids, using the 3-D finite-difference time-domain (FDTD) method, we have examined the optimization study of geometrical and material parameters, including base-width, period, top-surface flatness, carrier mobility and lifetime, doping concentration, and surface recombination, to achieve absorption enhancement and in turn optimum photovoltaicparameters. The optimized structure has exhibited an efficiency of 19.16% despite considering low carrier mobility of 1000 cm 2 V -1 s -1 and lifetime of 3 nanoseconds, with heavily doped core (~4 × 10 17 cm -3 ) and substrate (~1 × 10 19 cm -3 ) and surface recombination velocity of 10 5 cm/s at the contacts.

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