1. Evaluation of InGaPN and GaAsPN materials lattice-matched to Si for multi-junction solar cells
- Author
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Philippe Barate, Mathieu Perrin, N. Bertru, Christophe Levallois, Thomas Quinci, Charles Cornet, Jithesh Kuyyalil, Samy Almosni, Jacky Even, Olivier Durand, Cedric Robert, Xavier Marie, A. Le Corre, Laurent Pedesseau, Jean-Marc Jancu, Antoine Létoublon, T. Nguyen Thanh, Andrea Balocchi, Fonctions Optiques pour les Technologies de l'informatiON (FOTON), Université de Rennes (UR)-Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Nationale Supérieure des Sciences Appliquées et de Technologie (ENSSAT)-Télécom Bretagne-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CEA Grenoble, DRT/DPTS/SCPIO/LCPO (CEA GRENOBLE), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Nationale Supérieure des Sciences Appliquées et de Technologie (ENSSAT)-Télécom Bretagne-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
- Subjects
Solar cells ,Photoluminescence ,Materials science ,Silicon ,Band gap ,General Physics and Astronomy ,chemistry.chemical_element ,Tight-binding model ,02 engineering and technology ,Epitaxy ,01 natural sciences ,7. Clean energy ,Gallium arsenide ,chemistry.chemical_compound ,Photovoltaics ,0103 physical sciences ,Thermodynamic states and processes ,010302 applied physics ,business.industry ,Wide-bandgap semiconductor ,021001 nanoscience & nanotechnology ,X-ray diffraction ,chemistry ,Chemical elements ,PACS: 88.40.Jp ,[SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic ,Optoelectronics ,Activation energies ,0210 nano-technology ,business ,Molecular beam epitaxy - Abstract
International audience; We compare the potentiality of bulk InGaPN and GaAsPN materials quasi-lattice-matched to silicon (Si), for multi-junction solar cells application. Bandgaps of both bulk alloys are first studied by a tight-binding model modified for nitrogen incorporation in diluted regimes. The critical thicknesses of those alloys are then calculated for various compositions. For the same lattice-mismatch and nitrogen amount, the bandgap of bulk GaAsPN is found to be closer to the targeted gap value of 1.7 eV for high efficiency tandem solar cell. GaPN and GaAsPN epilayers are then grown by molecular beam epitaxy on GaP substrate and studied by photoluminescence and X-ray diffraction. A GaAsPN bulk alloy emitting light at 1.77 eV at room temperature is obtained, demonstrating promising properties for further use in III-V/Si photovoltaic multijunction solar cells.
- Published
- 2013
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