Single- & Multi-Quantum Dots Optoelectronic Properties and Applications in Intermediate Band Solar Cells

Abstract

Dans cette étude, nous avons exploré les propriétés optiques et électroniques de boîtes quantiques cylindriques, ainsi que de boîtes quantiques cylindriques à multicouches basées sur des matériaux III-V (InGaN/GaN, GaAs/AlGaAs et InAs/GaAs) avec et sans dopant unique, en présence de forces externes telles que la pression hydrostatique, le champ électrique, le champ magnétique et le champ laser. Nous avons utilisé la méthode variationnelle et la méthode des éléments finis, dans le cadre de l’approximation de la masse effective, pour résoudre l’équation de Schrödinger indépendante de temps et calculer les propriétés du système. Dans un premier temps, nous avons examiné le coefficient d’absorption et l’indice de réfraction d’un point quantique cylindrique sous l’influence des champs électrique et laser, en fonction des paramètres de confinement potentiel et de la taille du point quantique. Nous avons constaté que le coefficient d’absorption total et l’indice de réfraction relatif se déplacent vers une énergie plus faible et que leurs extrema diminuent lorsque le rayon augmente. D’autre part, ils se déplacent vers une énergie plus élevée lorsque le champ électrique ou le paramètre d’habillage du laser augmente. Nos résultats indiquent que la présence d’un champ magnétique et d’une pression hydrostatique augmente l’énergie de liaison, avec une augmentation plus prononcée lorsque l’impureté est située plus près du centre de chaque point quantique. En plus, le champ électrique a entraîné l’apparition d’une augmentation de l’énergie de liaison pour l’impureté située sur le côté droit du système et une diminution pour celle située sur le côté gauche. En outre, l’effet de la déformation due au décalage du réseau sur l’énergie de liaison est significatif pour une faible pression hydrostatique au centre des points, mais commence à diminuer lorsque l’impureté se déplace vers le milieu de la barrière. Dans le cas de points quantiques cylindriques à multicouches, la présence d’une pression hydrostatique entraîne le déplacement de la position du pic de résonance vers des énergies plus élevées (décalage vers le bleu). Une augmentation de la pression hydrostatique ou de la composition en indium a produit le déplacement du pic de résonance vers des énergies plus élevées (décalage vers le bleu). Inversement, une augmentation de la température ou du rayon des points quantiques a entraîné un déplacement des pics de coefficients d’absorption optique et de l’indice de réfraction relatif vers des énergies plus faibles (décalage vers le rouge). De plus, nous avons montré que la section efficace de photoionisation du donneur peu profond se déplace vers le rouge lorsque le rayon ou la température augmente, et qu’elle est décalée vers le bleu par le confinement supplémentaire induit par la pression hydrostatique. Pour les cellules solaires à bande intermédiaire à points quantiques pyramidaux en InAs et GaAs, nous avons constaté que la présence de points quantiques a un impact significatif sur les performances de la cellule solaire à bande intermédiaire. Lorsque l’espacement entre les points diminue ou que la hauteur des points quantiques pyramidaux augmente, l’efficacité montre une amélioration significative. Le rendement le plus élevé : 17,8807 %, a été obtenu avec neuf points quantiques, une largeur de barrière de 1 nm et une hauteur de points quantiques pyramidaux de 5 nm.