Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 12, Numéro 4, avril 1977
Page(s) 559 - 572
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:01977001204055900
Rev. Phys. Appl. (Paris) 12, 559-572 (1977)
DOI: 10.1051/rphysap:01977001204055900

Rendement théorique des cellules solaires p Ga1-χAl χAs-n Ga1-yAlyAs a gradients de bande nterdite

J.-E. Bourée

Laboratoires de Marcoussis, Centre de Recherches de la C. G. E., Route de Nozay, 91460 Marcoussis


Abstract
A detailed theoretical analysis of graded band-gap P Ga1-χAl χAs-N Ga1-yAlyAs solar cells yields air mass zero energy conversion efficiencies higher than for conventional GaAs cells. The analysis includes surface and bulk minority carrier recombination, electric field and thickness for both surface and base layers, but neglects recombination in the junction région, series resistance and surface reflection losses. The improved efficiencies are mainly due to built-in electric fields in both layers, caused by band-gap gradations, accelerating photogenerated minority carriers towards the P-N junction. These drift fields reduce the surface recombination of the carriers, and thereby enhance their collection efficiency. A maximum AMO efficiency of 21.4 % may be predicted for a surface recombination velocity of 105 cm. s-1 and electron and hole diffusion lengths of 3 and 1 μm respectively.


Résumé
Une analyse théorique détaillée des cellules solaires P Ga1-χ AlχAs-N Ga1-yAlyAs à gradients de bande interdite montre que leurs rendements de conversion d'énergie à air-masse zéro sont supérieurs à ceux des cellules au GaAs conventionnelles. Cette analyse tient compte de la recombinaison des porteurs minoritaires en surface et en volume, du champ électrique et de l'épaisseur propres à la couche superficielle et à la couche de base, mais elle néglige la recombinaison dans la région de la jonction, les pertes dues à la résistance série et celles dues à la réflexion sur la surface. L'amélioration des rendements provient essentiellement de l'existence des champs électriques internes dans chacune des couches, leur origine étant liée aux gradients des bandes interdites. Ces champs d'entraînement ont pour effet d'accélérer les porteurs minoritaires créés vers la jonction P-N, ce qui équivaut à une réduction de la recombinaison en surface, donc à une augmentation du rendement de collecte des porteurs. On peut ainsi prévoir, en prenant une vitesse de recombinaison en surface de 105 cm.s-1 et des longueurs de diffusion de 3 μm et 1 μm respectivement pour les électrons et les trous, un rendement de conversion AMO maximum de 21,4 %.

PACS
7240 - Photoconduction and photovoltaic effects: photodielectric effects.
7340L - Electrical properties of semiconductor to semiconductor contacts, p n junctions, and heterojunctions.
8630J - Photoelectric conversion: solar cells and arrays.
4250 - Photoelectric devices.
8420 - Solar cells and arrays.

Key words
gallium arsenide -- III V semiconductors -- p n homojunctions -- solar cells -- graded band gap P Ga sub 1 x Al sub x As N Ga sub 1 y Al sub y As solar cells -- theoretical analysis -- air mass zero energy conversion efficiencies -- minority carrier recombination -- electric field -- base layers -- P N junction -- drift fields -- surface recombination -- collection efficiency -- diffusion lengths -- thickness -- surface layers