Photovoltaische Leistung von Pin-Junction-Nanokonus-Array-Solarzellen mit verbesserter effektiver optischer Absorption

Hintergrund

Niederdimensionale Materialien, einschließlich Quantenpunkte (QDs), Nanodrähte (NWs) und zweidimensionale Schichtmaterialien, sind aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften für Photovoltaikanwendungen vielversprechend [1,2,3,4,5]. Im Vergleich zu ihren planaren Gegenstücken haben III-V-Nanodraht-(NW)-Arrays hervorragende optische Eigenschaften wie Antireflexion und Lichteinfang, was ein großes Potenzial in Hochleistungssolarzellen zeigt [6,7,8]. Darüber hinaus reduziert die ultrakleine Grundfläche von NWs den Materialverbrauch ausreichend und erhöht die Toleranz gegenüber Gitterfehlanpassungen, was die Realisierung kostengünstiger Solarzellen mit weniger Material und billigerem Substrat ermöglicht [9,10,11,12,13]. Der Pin-Übergang ist das Schlüsselelement einer NW-Solarzelle, die Licht absorbiert und Photonen in Elektron-Loch-Paare umwandelt. Entsprechend der Pin-Junction-Geometrie können NW-Array-Solarzellen in axiale und radiale (oder Kern-Schale)-Pin-Solarzellen unterteilt werden, die beide umfassend untersucht wurden. Bisher liegen die besten Wirkungsgrade für axiale und radiale III-V-NW-Solarzellen jedoch mit 15,3 % bzw. 7,43 % immer noch viel niedriger als bei ihren planaren Gegenstücken [14, 15].

Bisher wurden viele Anstrengungen unternommen, um die Leistung von Solarzellen mit NW-Arrays zu verbessern, hauptsächlich einschließlich der Optimierung des Durchmessers/der Periode (D /P ) Verhältnis, Durchmesser und Länge, um eine bessere optische Absorption der gesamten NW-Arrays zu erhalten [16,17,18,19,20]. Allerdings führt die Absorptionssteigerung der gesamten NW-Arrays nicht notwendigerweise zu einer Erhöhung der letztendlichen Konversionseffizienz. Bei praktischen NW-Pin-Arrays rekombinieren die im p-(oder n-)Bereich erzeugten Phototräger aufgrund des Fehlens eines eingebauten elektrischen Felds schnell. Daher bestimmt in gewissem Maße die Absorption im Verarmungsbereich oder die effektive optische Absorption direkt den endgültigen Wirkungsgrad. Bei typischen Zylinder-NW-Arrays wird das meiste Licht jedoch vom oberen Teil der NWs absorbiert [16], während die Absorption der Verarmungsregion, die sich normalerweise in der Mitte befindet, nicht ausreicht. Insbesondere bei axialen Pin-NW-Arrays sollte das einfallende Licht den p(n)-Bereich passieren, bevor es von dem Verarmungsbereich absorbiert wird, was zu einem großen Lichtverlust führt.

Ein möglicher Weg, die effektive optische Absorption von NW-Arrays zu verbessern, besteht darin, die Geometrie von NW zu modulieren. Zum Beispiel wurde berichtet, dass axiale pin-geneigte NW-Array-Solarzellen die Absorption der Verarmungsregion verbessern, indem sie die Absorption der oberen p-(oder n-)Region reduzieren [21]. In der Praxis ist die D . jedoch /P Das Verhältnis sollte viel niedriger sein als bei den vertikalen NW-Arrays, um ein Überkreuzen benachbarter NWs zu vermeiden, was die Umwandlungseffizienz begrenzt. Von verjüngten NWs oder Nanokegeln wird erwartet, dass sie die effektive optische Absorption verbessern, da das einfallende Licht direkt von der Verarmungsregion absorbiert werden kann, ohne durch die obere Region zu gelangen. Bisher wurden Nanokegel mit unterschiedlichen Steigungswinkeln und Aspektverhältnissen durch Au-katalysierte Dampf-Flüssig-Feststoff- und selbstorganisierte katalysatorfreie Methoden hergestellt [22,23,24,25], und die optischen Absorptionseigenschaften wurden ebenfalls simuliert [26, 27]. In praktischen Solarzellen ist der Einfluss der Dotierung auf die Transport- und optischen Eigenschaften nicht zu vernachlässigen und auch die Strahlungs-, Auger- und Shockley-Read-Hall (SRH)-Rekombination spielt eine wichtige Rolle bei der photoelektrischen Umwandlung. Unseres Wissens wurde die photovoltaische Leistung von Nanokonus-p(i)n-Solarzellen unter Berücksichtigung der oben genannten Faktoren jedoch noch nicht im Detail untersucht.

In diesem Beitrag wird eine gekoppelte dreidimensionale (3D) optoelektronische Simulation vorgestellt, um die photovoltaische Leistung von axialen und radialen GaAs-Nanokonus-Solarzellen mit pin-Übergang zu untersuchen. Die optischen Absorptionseigenschaften wurden unter Verwendung der Finite-Differenz-Zeitdomäne (FDTD) untersucht. Die Photogenerierungsprofile wurden dann in die elektrischen Simulationen integriert, um die Berechnung der Stromdichte-Spannungs-(J-V)-Eigenschaften unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode (FEM) durchzuführen. Die dotierungsabhängige Mobilität, die Bandlückenverengung und die Strahlungs-, Auger- und SRH-Rekombination wurden alle in den elektrischen Simulationen berücksichtigt. Die höchsten Wirkungsgrade für axiale und radiale Nanokonus-Solarzellen mit pin-Übergang sind 20,1 % bzw. 17,4 %, viel höher als bei ihren zylindrischen NW-Gegenstücken. Der Mechanismus der Effizienzsteigerung wird diskutiert.

Methoden

Das axiale Pin-GaAs-Nanokonus-Array-Modell ist in Abb. 1 dargestellt, das aus periodischen axialen Pin-GaAs-Nanokonen mit dem Durchmesser D . besteht = 180 nm, Periode P = 360 nm und Länge L = 2 μm. Sowohl die p- als auch die n-Region haben eine Länge von 200 nm und sind gleichmäßig auf 3 × 10 ¹⁸ . dotiert cm ⁻³ und 1 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ , bzw. Das GaAs-Substrat ist n-dotiert mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ . Der Nanocone-Durchmesser ist definiert als der Durchschnitt der oberen und unteren Durchmesser. Der Neigungswinkel (θ ) ist der Winkel zwischen der Seitenwand und der Normalenrichtung der unteren Oberfläche (Substrat). In der Simulation wird der Neigungswinkel von 0 auf 5° geändert, indem die unteren und oberen Durchmesser variiert werden, während der durchschnittliche Durchmesser konstant gehalten wird.

Das schematische Diagramm der GaAs-Nanokonus-Arrays mit axialem Pin-Übergang

Optische Eigenschaften der Struktur werden durch das Solver-Modulpaket Sentaurus Electromagnetic Wave (EMW) untersucht [28,29,30]. Die minimale Zellengröße des FDTD-Mesh ist auf 5 nm festgelegt und die Anzahl der Knoten pro Wellenlänge beträgt 20 in alle Richtungen. Durch Setzen periodischer Randbedingungen können die Simulationen in einer einzigen Elementarzelle durchgeführt werden, um die periodische Array-Struktur zu modellieren. Um Ressourcen und Zeit für die Berechnung zu sparen, wird die Dicke des GaAs-Substrats auf 0,4 µm begrenzt [21]. Durch die Verwendung einer Perfect-Match-Schicht (PML) neben dem GaAs-Substrat wird das Transmissionslicht jedoch vollständig absorbiert, was es uns ermöglicht, ein semi-infinites GaAs-Substrat zu modellieren [31]. Der zur Beschreibung der Materialdispersionseigenschaften von GaAs verwendete wellenlängenabhängige komplexe Brechungsindex kann der Studie von Levinshtein et al. entnommen werden. [32]. Das von oben einfallende Licht wird parallel zur NW-Achse eingestellt, wie in Abb. 1 gezeigt. Wir verwenden eine ebene Welle, die mit Leistungsintensitäts- und Wellenlängenwerten aus einem diskretisierten AM-1,5G-Sonnenspektrum mit einer Wellenlänge im Bereich von 290 bis 900 nm . definiert ist (typischer Absorptionsbereich von GaAs) zur Modellierung des Sonnenlichts [33]. Die gesamte optische Erzeugung unter AM-1,5G-Beleuchtung kann modelliert werden, indem die leistungsgewichteten optischen Erzeugungsraten einer einzigen Wellenlänge überlagert werden [20]. Die optische Erzeugungsrate G _ph wird aus dem Poynting-Vektor S erhalten:

wo ħ ist die reduzierte Planck-Konstante, ω ist die Kreisfrequenz des einfallenden Lichts, E die elektrische Feldstärke an jedem Gitterpunkt ist und ε ″ ist der Imaginärteil der Permittivität. Der Reflexionsmonitor befindet sich über der Oberseite des NWA und der Transmissionsmonitor befindet sich an der Unterseite des Substrats, um das absorbierte Licht zu berechnen. Die durch die Leistungsmonitore übertragene Leistungsmenge wird bei jeder Wellenlänge auf die Quellenleistung normiert. Das Reflexionsvermögen R (λ ) und Übertragung T (λ ) werden durch die folgende Gleichung berechnet:

wo P (λ ) ist der Poynting-Vektor, dS die Flächennormale ist und P _in (λ ) ist die einfallende Quellenleistung bei jeder Wellenlänge. Das Absorptionsspektrum A (λ ) der GaAs-NWAs ist durch die folgende Gleichung gegeben:

Für die elektrische Modellierung werden die optischen 3D-Erzeugungsprofile in das Finite-Elemente-Netz der NWs im Elektrowerkzeug eingebaut, das die Ladungsträgerkontinuitätsgleichungen gekoppelt mit der Poisson-Gleichung selbstkonsistent in 3D löst. Die dotierungsabhängige Mobilität, die Bandlückenverengung und die Strahlungs-, Auger- und SRH-Rekombination werden in den elektrischen Simulationen der Vorrichtung berücksichtigt. Die kritischen Materialparameter für Gerätesimulationen werden hauptsächlich aus Levinshteins Modell [32] erhalten, das in Tabelle 1 gezeigt ist.

Ergebnisse und Diskussion

Axial Pin Junction GaAs Nanocone Array Solarzellen

Abbildung 2a–c zeigen das wellenlängenabhängige Absorptions-, Reflexions- und Transmissionsvermögen der axialen GaAs-Nanokonus-Arrays mit unterschiedlichen Neigungswinkeln. Verglichen mit den Zylinder-NW-Arrays (θ = 0°), zeigen Nanokonus-Arrays ein geringeres Reflexionsvermögen über den gesamten Wellenlängenbereich, und das Phänomen wird mit zunehmendem Neigungswinkel deutlicher. Die Entspiegelungsfähigkeit der NW-Arrays ist auf den geringen Füllgrad zurückzuführen, der den effektiven Brechungsindex reduziert und eine gute Impedanzanpassung zwischen GaAs und Luft bietet [7]. Bei Nanokonus-Arrays mit großem Neigungswinkel ist der Füllgrad an der Oberseite der Arrays extrem niedrig, was zu einer nahezu perfekten Impedanzanpassung an Luft und nahezu null Reflexion führt. Im kurzwelligen Bereich von 300–700 nm nimmt die Absorption aufgrund der unterdrückten Reflexion mit zunehmendem Neigungswinkel zu. Die Absorption von langwelligem Licht in der Nähe der GaAs-Bandlücke nimmt jedoch aufgrund der sehr dünnen Nanokonusspitze, die optische Moden nicht unterstützen kann, mit großer Steigung ab. Abbildung 2d zeigt das AM 1,5 G-gewichtete Integral der Absorptions-, Reflexions- und Transmissionsspektren für verschiedene Neigungswinkel. Bei kleinen Winkeln nimmt die Absorption mit zunehmendem Neigungswinkel aufgrund des verringerten Reflexionsvermögens zu. Wenn der Neigungswinkel 3° überschreitet, nimmt die Absorption leicht ab. Dies wird wahrscheinlich dem reduzierten Absorptionsweg zugeschrieben, da die sehr dünne Nanokonus-Oberseite keine langwelligen Moden unterstützen kann. Dennoch weist die Gesamtabsorption von Nanokegeln bei verschiedenen Neigungswinkeln (1~5°) einen sehr geringen Unterschied auf (im Bereich von 92~~93,5%), was darauf hindeutet, dass der Neigungswinkel einen geringen Einfluss auf die Gesamtabsorption von Nanokegeln hat. Alternativ wird angenommen, dass der Neigungswinkel einen starken Einfluss auf die Absorption im intrinsischen Bereich hat, der die photoelektrische Umwandlungseffizienz dominiert. Dies wird im folgenden Teil ausführlich besprochen.

a Absorption, b Reflexionsgrad und c Transmission der axialen Pin-Junction-GaAs-Nanokonus-Arrays mit D /P = 0.5 und D = 0,18 μm. d Das AM1.5G-gewichtete Integral des Absorptions-, Reflexions- und Transmissionsvermögens der axialen Nanokonus-Arrays mit unterschiedlichen Neigungswinkeln

Die gesamten optischen Erzeugungsprofile der axialen GaAs-Nanokonus-Arrays unter AM-1,5G-Beleuchtung sind in Abb. 3a gezeigt. Es ist zu sehen, dass bei θ = 0°, konzentrieren sich die meisten absorbierten Photonen an der Spitze der Zylinder-NWs. Aufgrund der hohen Dotierungskonzentration und des Fehlens eines eingebauten elektrischen Felds zur Trennung von Elektron-Loch-Paaren [34,35,36,37] ist die Rekombination von Phototrägern im oberen p-Bereich sehr hoch, was zu großen Verlusten führt von einfallendem Licht. Bei Nanocone-Arrays verschiebt sich die Photonenabsorptionsposition mit zunehmendem Neigungswinkel nach unten, was zu einer Absorptionsverstärkung im i-Bereich führt. Wie berichtet, wird die Lichtabsorption von NWs von den Resonanzmoden dominiert, die eng mit dem NW-Durchmesser verwandt sind [37]. Aufgrund der einzigartigen Geometrie von Nanokegeln können im oberen Bereich mit kleinem Durchmesser nur wenige langwellige Moden unterstützt werden. Dies wird durch die Abb. 3b–g gestützt, die die wellenlängenabhängigen optischen Erzeugungsprofile von Nanokegeln mit einem Neigungswinkel von 0~ 5° darstellen. Es ist ersichtlich, dass sich in Zylinder-NWs der größte Teil der Absorption für alle Wellenlängen im oberen Bereich konzentriert. Mit zunehmendem Neigungswinkel verschieben sich jedoch die optischen Moden, insbesondere die Moden mit längerer Wellenlänge, nach unten in einen dickeren Bereich. Somit führt die Erhöhung des Neigungswinkels nicht nur zu einer Absorptionsverstärkung im mittleren i-Bereich, sondern führt auch zu einer Absorptionsverringerung im oberen Bereich. Dies kann erklären, warum das Nanokonus-Array mit einem mittleren Neigungswinkel von 3° die hohe Gesamtabsorption aufweist, wie in Fig. 3e gezeigt, da die Absorption sowohl in der oberen p-Region als auch in der mittleren intrinsischen Region bei diesem Winkel relativ stark ist. Es wird angenommen, dass die Abwärtsverschiebung der Absorption eine kritische Rolle bei der Leistungsverbesserung der Vorrichtung spielt, da sie nicht nur den Absorptionsverlust im oberen p-Bereich unterdrückt, sondern auch die Absorption im mittleren i-Bereich verstärkt.

a Die gesamten optischen Erzeugungsprofile der axialen Pin-Nanokonen. b –g Wellenlängenabhängige optische Erzeugungsprofile von Nanokonus-Arrays bei θ = 0~ 5°

Die Absorptionsspektren der i-Region sind in Abb. 4a aufgetragen. Im kurzwelligen Bereich, da der Durchmesser des p-Bereichs mit zunehmendem Steigungswinkel schrumpft, nehmen sowohl das Volumen des p-Bereichs als auch die Lichtleistung, die auf den Nanokonus begrenzt werden kann, ab, was zu einer unzureichenden Absorption im p-Bereich und einer hohen Absorption führt im i-Bereich. Im langwelligen Bereich erstreckt sich der Absorptionsbereich in den unteren n-Bereich in Nanokegeln mit einem großen Neigungswinkel, was zu einer verringerten Absorption im i-Bereich führt. Abbildung 4b zeigt das Integral der Absorptionsspektren im i-Bereich. Die Absorption jeder Wellenlänge wird mit dem AM 1,5G-Spektrum gewichtet. Es ist ersichtlich, dass die Absorption im i-Bereich mit zunehmendem Steigungswinkel dramatisch zunimmt, was auf eine verbesserte effektive Absorption hinweist, von der erwartet wird, dass sie die Umwandlungseffizienz verbessert.

a Wellenlängenabhängige Absorptionsspektren der i-Region. b Das AM1.5G-gewichtete Integral der Absorptionsspektren der i-Region in a

Die Photogenerierungsprofile werden dann in das Elektrowerkzeug eingebaut [35], um die photovoltaische Leistung der axialen Nanokonus-Solarzelle mit Pin-Übergang zu untersuchen. Abbildung 5a zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinien bei verschiedenen Neigungswinkeln. Im Vergleich zu den Zylinder-NW-Arrays viel höhere Kurzschlussstromdichte (J _sc ) wird in Nanocone-Array-Solarzellen erhalten. Bei θ = 5°, das Gerät liefert ein J _sc von 30,1 mA/cm ² (7,3 mA/cm ² höher als der Zylinder) und V _oc von 0,885 V, was zu einer hohen photoelektrischen Umwandlungseffizienz (η ) von 20,1 % (4,8 % höher als beim Zylinder). Abbildung 5b zeigt die Abhängigkeit der Umwandlungseffizienz vom Neigungswinkel. Wenn der Neigungswinkel von 0 auf 5° ansteigt, steigt der Umwandlungswirkungsgrad monoton von 15,3 auf 20,1 %. Wie bereits erwähnt, ist die Absorption der gesamten Nanokegel-Anordnungen bei θ . gesättigt = 2°, was darauf hindeutet, dass die Effizienzsteigerung bei großem Neigungswinkel nicht durch die Absorptionsverbesserung der gesamten Nanokonus-Anordnungen verursacht wird. Stattdessen stimmt der Trend der Umwandlungseffizienz stark mit der in Fig. 4b gezeigten Absorption in der i-Region überein, was zeigt, dass die Umwandlungseffizienz von der effektiven optischen Absorption in der i-Region dominiert wird.

a Strom-Spannungs-Kurven von axialen p(i)n-Übergangs-Nanokonus-Array-Solarzellen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln. b Photoelektrischer Umwandlungswirkungsgrad von axialen p(i)n-Übergangs-Nanokonus-Solarzellen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln

GaAs-Nanokonen-Array-Solarzellen mit radialer Pin-Junction

Das radiale Pin-Junction-GaAs-Nanokonus-Array-Modell ist in Fig. 6 gezeigt, das aus periodischen radialen pin-GaAs-Nanokonen mit dem Durchmesser D . besteht = 360 nm, Periode P = 720 nm und Länge L = 2 μm. Die Dicke der i-Region beträgt 10 nm und der Radius des Kerns entspricht der Schalendicke. Die Dotierungskonzentrationen des n-Typ-Kerns und der p-Typ-Schale sind gleich denen der axialen Nanokonen eingestellt. Der Neigungswinkel wird von 0 auf 10° geändert, indem der untere und obere Durchmesser variiert wird, während der durchschnittliche Durchmesser konstant gehalten wird.

Das schematische Diagramm der GaAs-Nanokonus-Arrays mit radialem Pin-Übergang

Die wellenlängenabhängigen Absorptions-, Reflexions- und Transmissionsgrade von radialen GaAs-Nanokonus-Arrays mit unterschiedlichen Neigungswinkeln sind in Abb. 7a–c dargestellt. Ähnlich wie axiale Strukturen weisen radiale Nanocons im Vergleich zu radialen Zylinder-NWs ein geringeres Reflexionsvermögen über den gesamten Wellenlängenbereich auf (θ = 0°), und dieses Phänomen wird mit zunehmendem Neigungswinkel deutlicher. In Abb. 7a ist zu sehen, dass im kurzen Wellenlängenbereich von 300–700 nm die Absorption aufgrund der Unterdrückung des Reflexionsvermögens mit zunehmendem Neigungswinkel zunimmt. Bei großen Neigungswinkeln ist die Spitze des Nanokonus zu dünn, um langwellige Moden zu unterstützen, was zu einer Abnahme der Absorption führt. Abbildung 7d zeigt das AM 1,5 G-gewichtete Integral der Absorptions-, Reflexions- und Transmissionsspektren für verschiedene Neigungswinkel. Es ist ersichtlich, dass die Absorption mit zunehmendem Neigungswinkel einen allgemeinen Aufwärtstrend mit leichten Schwankungen aufweist, was auf hervorragende Absorptionseigenschaften für Nanokonusstrukturen schließen lässt.

a Absorption, b Reflexionsgrad und c Transmission des radialen Pin-Junction-GaAs-Nanokonus-Arrays mit D /P = 0.5 und D = 0,36 μm. d Das AM1.5G-gewichtete Integral des Absorptions-, Reflexions- und Transmissionsvermögens des radialen Nanokonus-Arrays mit unterschiedlichen Neigungswinkeln

Abbildung 8 zeigt die gesamten optischen Erzeugungsprofile der radialen GaAs-Nanokonus-Arrays unter AM-1,5 G-Beleuchtung. Ähnlich wie bei axialen Arrays konzentrieren sich die meisten Photonen an der Spitze der Zylinder-NWs. Wenn der Neigungswinkel allmählich zunimmt, verschiebt sich die Absorption nach unten. Da die Röhre des i-Bereichs in der radialen Verbindung das gesamte NW durchdringt, kann die Abwärtsverschiebung der Absorption nicht direkt zu einer Absorptionsverbesserung wie bei der axialen Stiftverbindung führen. Zusammen mit der Verschiebung der Absorption nach unten verlängert sich jedoch auch die Absorptionslänge, was zu einer verstärkten Überlappung zwischen der Lichtabsorption und dem i-Bereich führt. Daher wird auch angenommen, dass die effektive Absorption verbessert wird.

Die optischen Erzeugungsprofile der radialen Pin-Nanokonus-Arrays mit unterschiedlichen Neigungswinkeln

Die Strom-Spannungs-Kennlinien der radialen Nanokonus-Solarzellen sind in Abb. 9a dargestellt. Verglichen mit der Solarzelle mit Zylinder-NW-Array, viel höheres J _sc wird in Nanocone-Array-Solarzellen erreicht. Bei θ ≥ 6°, alle J _sc über 25 mA/cm ² , im Gegensatz dazu die J _sc beträgt 17,4 mA/cm ² bei θ = 0°. Abbildung 9(b) zeigt die Abhängigkeit der Umwandlungseffizienz vom Neigungswinkel. Bei kleinen Steigungswinkeln steigt der Wirkungsgrad monoton mit dem Steigungswinkel und erreicht bei θ . einen Maximalwert von 17,4% = 6°, 6,4% höher als das Zylinder-Gegenstück. Wenn der Winkel weiter zunimmt, wird der Wirkungsgrad gesättigt und nimmt sogar leicht ab. Dies wird wahrscheinlich auf die Konkurrenz zwischen der Absorption der oberen und mittleren i-Regionen zurückgeführt. Bei einem großen Neigungswinkel ist die Spitze des Nanokonus zu dünn, um langwellige Moden zu unterstützen. Obwohl die Absorption des mittleren i-Bereichsteils aufgrund der Abwärtsverschiebung der Absorption zunimmt, nimmt die Absorption im oberen i-Bereichsteil ab, wodurch das Absorptionsinkrement im mittleren i-Bereich ausgeglichen wird.

a Strom-Spannungs-Kurven von Nanocone-Array-Solarzellen mit radialem Pin-Übergang mit unterschiedlichen Neigungswinkeln. b Abhängigkeit des Umwandlungswirkungsgrades vom Steigungswinkel

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend haben wir die photovoltaische Leistung von GaAs-Nanokonen-Array-Solarzellen mit axialem und radialem Pin-Übergang durch eine gekoppelte optoelektronische 3D-Simulation untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Absorption im Nanocone-Array aufgrund des schrumpfenden oberen Durchmessers nach unten verschiebt, was den Absorptionsverlust im hochdotierten oberen Bereich drastisch unterdrückt und die Absorption im Verarmungsbereich verstärkt. Die höchsten Umwandlungseffizienzen für axiale und radiale GaAs-Nanokonus-Solarzellen betragen 20,1 % und 17,4 %, erhalten bei einem Neigungswinkel von 5° bzw. 6°, die beide viel höher sind als ihre zylindrischen NW-Gegenstücke. Die Nanokonusstrukturen sind vielversprechende Kandidaten für hocheffiziente Solarzellen.

Abkürzungen

3D:

Dreidimensional

D /P :

Durchmesser/Periode

EMW:

Sentaurus Elektromagnetische Welle

FDTD:

Zeitbereich mit endlicher Differenz

FEM:

Finite-Elemente-Methode

NW:

Nanodraht

PML:

Perfekte Match-Schicht

SRH:

Shockley-Read-Hall