Eficiencia cuántica externa de la célula solar con una sola capa de InAs-QD
Kouichi Yamaguchi es reconocido internacionalmente por su investigación pionera sobre la fabricación y aplicaciones de 'puntos cuánticos semiconductores' (QD). "Aprovechamos la 'autoorganización' de los nanocristales semiconductores mediante el modo 'Stranski-Krasnov (SK) de crecimiento de cristales para producir ordenadas, muy denso y puntos cuánticos altamente uniformes, ", explica Yamaguchi." Nuestro enfoque 'de abajo hacia arriba' produce resultados mucho mejores que los métodos fotolitográficos convencionales o 'de arriba hacia abajo' ampliamente utilizados para la fabricación de nanoestructuras ".
Notablemente, los electrones en las estructuras de puntos cuánticos están confinados dentro de cajas de tres dimensiones de tamaño nanométrico. Nuevas aplicaciones de 'puntos cuánticos', incluidos láseres, marcadores biológicos, qubits para computación cuántica, y dispositivos fotovoltaicos:surgen de las propiedades optoelectrónicas únicas de los QD cuando se irradian con luz o bajo campos electromagnéticos externos.
"Nuestro principal interés en QD es la fabricación de células solares de alta eficiencia, ", dice Yamaguchi." Paso a paso, hemos superado los límites del crecimiento de QD basado en la 'autoorganización' y hemos logrado producir productos altamente ordenados, densidades ultraaltas de QD ".
La realización de una densidad QD sin precedentes de 5 x 10 11 cm -2 en 2011 fue uno de los principales hitos en el desarrollo de QD semiconductores basados en la 'autoorganización' para células solares por Yamaguchi y sus colegas de la Universidad de Electro-Comunicaciones (UEC). "Esta densidad fue uno de los avances críticos para lograr dispositivos fotovoltaicos basados en puntos cuánticos de alta eficiencia, "dice Yamaguchi.
Específicamente, Yamaguchi y su grupo utilizaron epitaxia de haz molecular (MBE) para hacer crecer una capa de QD de InAs con una densidad de 5 x 10 11 cm -2 sobre sustratos de GaAsSb / GaAs (100). En tono rimbombante, El avance que produjo esta alta densidad de QD altamente ordenados fue el descubrimiento de que el crecimiento de InAs a una temperatura del sustrato relativamente baja de 470 grados Celsius en capas de GaAs irradiadas con Sb suprimió la coalescencia o 'maduración' de los QD de InAs que se observó a temperaturas más altas. Por tanto, la combinación del efecto tensioactivo Sb y la temperatura de crecimiento más baja produjo InAs QD con una altura media de 2,02,5 nm.
Densidad de InAs QD:1.0 × 10 12 cm -2
El potencial para aplicaciones de dispositivos fotovoltaicos se examinó intercalando una sola capa de InAs QD en una estructura de celda pin-GaAs. La eficiencia cuántica externa resultante de estas estructuras de células solares en el rango de longitud de onda de 900 a 1150 nm fue mayor que la de los dispositivos con la capa QD.
"Los estudios teóricos sugieren que las células solares QD podrían producir eficiencias de conversión superiores al 50%, ", explica Yamaguchi." Este es un objetivo muy desafiante, pero esperamos que nuestro enfoque innovador sea un medio eficaz para producir estas células solares de alto rendimiento basadas en QD. Recientemente hemos logrado InAs QD con una densidad de 1 x 10 12 cm -2 . "
Variación de la eficiencia de conversión de energía con densidad de puntos cuánticos (resultados calculados).
