硅基四族中红外光热电池
摘要：基于全IV族中红外催化剂材料的热光伏器件 全IV族半导体是目前用于低于2000 K热转换和功率传输的中红外热光伏器件的主要组成部分。然而，与这些技术相关的高昂成本限制了它们的广泛应用。因此，为了解决这一挑战，我们在硅片上引入了一种由GeSn合金组成的全IV族中红外电池。这种新兴的半导体材料提供了应变和成分变化的自由度，以控制带隙能量，从而完全覆盖了整个中红外范围。所提出的热光伏器件由完全松弛的Ge0.83Sn0.17双异质结构组成，对应于带隙能量为0.29 eV。我们导出了一个理论框架，以评估高注入下电池的性能。利用广义传输矩阵法研究了黑体辐射吸收，考虑了混合相干/非相干层堆叠。此外，还考虑了窄带隙半导体的固有复合机制及其重要性。在这方面，将抛物线带近似和费米黄金法则结合，准确估计了辐射复合速率。基于这些分析，预计在500-1500 K范围内，Ge0.83Sn0.17热光伏电池在黑体辐射下的功率转换效率可达9%。在正面照明下，效率略有提高，但在800 K以下消失，而使用背面反射器可以提高所研究的整个黑体温度范围内的效率。此外，还阐明和讨论了异质结构厚度、表面复合速度和载流子寿命的影响。
作者：G''erard Daligou, Richard Soref, Anis Attiaoui, Jaker Hossain, Mahmoud R. M. Atalla, Patrick Del Vecchio, and Oussama Moutanabbir
论文ID：2302.10742
分类：Applied Physics
分类简称：physics.app-ph
提交时间：2023-02-22