Intermediate band solar cells (IBSCs) fabricated to date from In(Ga)As/GaAs quantum dot arrays (QD-IBSC) exhibit a quantum efficiency (QE) that extends to below bandgap energies. However, the production of sub-bandgap photocurrent relies often on the thermal and/or tunneling escape of carriers from the QDs, which is incompatible with preservation of the output voltage. In this work, we test the effectiveness of introducing a thick GaAs spacer in addition to an InAlGaAs strain relief layer (SRL) over the QDs to reduce carrier escape. From an analysis of the QE at different temperatures, it is concluded that escape via tunneling can be completely blocked under short-circuit conditions, and that carriers confined in QDs with an InAlGaAs SRL exhibit a thermal escape activation energy over 100 meV larger than in the case of InAs QDs capped only with GaAs.
REFERENCES
1.
A.
Luque
and A.
Martí
, Phys. Rev. Lett.
78
, 5014
(1997
).2.
W.
Shockley
and H. J.
Queisser
, J. Appl. Phys.
32
, 510
(1961
).3.
G. L.
Araujo
and A.
Martí
, Sol. Energy Mater. Sol. Cells
33
, 213
(1994
).4.
A.
Martí
, L.
Cuadra
, and A.
Luque
, Conference Record of the 28th IEEE Photovoltaics Specialists Conference
(IEEE
, New York, USA
, 2000
), pp. 940
–943
.5.
A.
Martí
, N.
López
, E.
Antolín
, E.
Cánovas
, C.
Stanley
, C.
Farmer
, L.
Cuadra
, and A.
Luque
, Thin Solid Films
511–512
, 638
(2006
).6.
S. M.
Hubbard
, C. D.
Cress
, C. G.
Bailey
, R. P.
Raffaelle
, S. G.
Bailey
, and D. M.
Wilt
, Appl. Phys. Lett.
92
, 123512
(2008
).7.
R. B.
Laghumavarapu
, M.
El-Emawy
, N.
Nuntawong
, A.
Moscho
, L. F.
Lester
, and D. L.
Huffaker
, Appl. Phys. Lett.
91
, 243115
(2007
).8.
R.
Oshima
, A.
Takata
, and Y.
Okada
, Appl. Phys. Lett.
93
, 083111
(2008
).9.
V.
Popescu
, G.
Bester
, M. C.
Hanna
, A. G.
Norman
, and A.
Zunger
, Phys. Rev. B
78
, 205321
(2008
).10.
S. A.
Blokhin
, A. V.
Sakharov
, A. M.
Nadtochy
, A. S.
Pauysov
, M. V.
Maximov
, N. N.
Ledentsov
, A. R.
Kovsh
, S. S.
Mikhrin
, V. M.
Lantratov
, S. A.
Mintairov
, N. A.
Kaluzhniy
, and M. Z.
Shvarts
, Semiconductors
43
, 514
(2009
).11.
S. M.
Hubbard
, C. G.
Bailey
, C. D.
Cress
, S.
Polly
, J.
Clark
, D. V.
Forbes
, R. P.
Raffaelle
, S. G.
Bailey
, and D. M.
Wilt
, Conference Record of the 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference
(IEEE
, San Diego, USA
, 2008
).12.
A.
Luque
, A.
Martí
, N.
López
, E.
Antolín
, E.
Cánovas
, C.
Stanley
, C.
Farmer
, L. J.
Caballero
, L.
Cuadra
, and J. L.
Balenzategui
, Appl. Phys. Lett.
87
, 083505
(2005
).13.
A.
Martí
, E.
Antolín
, C. R.
Stanley
, C. D.
Farmer
, N.
López
, P.
Díaz
, E.
Cánovas
, P. G.
Linares
, and A.
Luque
, Phys. Rev. Lett.
97
, 247701
(2006
).14.
A.
Martí
, C. R.
Stanley
, and A.
Luque
, in Nanostructured Materials for Solar Energy Conversion
, edited by T.
Soga
(Elsevier Science
, Amsterdam
, 2006
), pp. 539
–566
.15.
A.
Luque
and A.
Martí
, Prog. Photovolt. Res. Appl.
9
, 73
(2001
).16.
A.
Martí
, L.
Cuadra
, and A.
Luque
, in Next Generation Photovoltaics: High Efficiency through Full Spectrum Utilization
, edited by A.
Martí
and A.
Luque
(Institute of Physics
, Bristol
, 2003
), pp. 140
–162
.17.
L.
Cuadra
, A.
Martí
, and A.
Luque
, IEEE Trans. Electron Devices
51
, 1002
(2004
).18.
A.
Martí
, E.
Antolín
, E.
Cánovas
, N.
López
, A.
Luque
, C. R.
Stanley
, C. D.
Farmer
, P.
Díaz
, C.
Christofides
, and M.
Burhan
, Proceedings of the 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference
(WIP-Renewable Energies
, Dresden, Germany
, 2006
), pp. 99
–102
.19.
A.
Luque
and A.
Martí
, Phys. Rev. B
55
, 6994
(1997
).20.
A.
Luque
, A.
Martí
, and L.
Cuadra
, IEEE Trans. Electron Devices
48
, 2118
(2001
).21.
A.
Luque
, A.
Martí
, C.
Stanley
, N.
López
, L.
Cuadra
, D.
Zhou
, and A.
Mc-Kee
, J. Appl. Phys.
96
, 903
(2004
).22.
E.
Antolín
, A.
Martí
, P. G.
Linares
, E.
Cánovas
, D.
Fuertes-Marrón
, A.
Luque
, C. D.
Farmer
, and C. R.
Stanley
, Proceedings of the 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference
(WIP-Renewable Energies
, Valencia, Spain
, 2008
), pp. 5
–10
.23.
I. N.
Stranski
and L. V.
Krastanov
, Akad. Wiss. Lit. Mainz Abh. Math. Naturwiss. Kl.
146
, 797
(1939
).24.
V. M.
Ustinov
, N. A.
Maleev
, A. E.
Zhukov
, A. R.
Kovsh
, A. Y.
Egorov
, A. V.
Lunev
, B. V.
Volovik
, I. L.
Krestnikov
, Y. G.
Musikhin
, N. A.
Bert
, P. S.
Kop’ev
, and Z. I.
Alferov
, Appl. Phys. Lett.
74
, 2815
(1999
).25.
V. M.
Ustinov
, A. E.
Zhukov
, A. R.
Kovsh
, N. A.
Maleev
, S. S.
Mikhrin
, A. F.
Tsatsul’nikov
, M. V.
Maximov
, B. V.
Volovik
, D. A.
Bedarev
, P. S.
Kop’ev
, Z. I.
Alferov
, L. E.
Vorob’ev
, D. A.
Firsov
, A. A.
Suvorova
, I. P.
Soshnikov
, P.
Werner
, N. N.
Ledentsov
, and D.
Bimberg
, Microelectron. J.
31
, 1
(2000
).26.
M. V.
Maximov
, A. F.
Tsatsul’nikov
, B. V.
Volovik
, D. S.
Sizov
, Y. M.
Shernyakov
, I. N.
Kaiander
, A. E.
Zhukov
, A. R.
Kovsh
, S. S.
Mikhrin
, V. M.
Ustinov
, Z. I.
Alferov
, R.
Heitz
, V. A.
Shchukin
, N. N.
Ledentsov
, D.
Bimberg
, Y. G.
Musikhin
, and W.
Neumann
, Phys. Rev. B
62
, 16671
(2000
).27.
K.
Nishi
, H.
Saito
, S.
Sugou
, and L.
Jeong-Sik
, Appl. Phys. Lett.
74
, 1111
(1999
).28.
J.
Tatebayashi
, M.
Nishioka
, and Y.
Arakawa
, Appl. Phys. Lett.
78
, 3469
(2001
).29.
P. G.
Linares
, C. D.
Farmer
, E.
Antolín
, S.
Chakrabartib
, A. M.
Sánchez
, T.
Ben
, S. I.
Molina
, C. R.
Stanley
, A.
Martí
, and A.
Luque
, “InGaAlAs quaternary alloys for quantum dot intermediate band solar cells
,” Energy Procedia
(to be published).30.
S.
Fafard
, Z. R.
Wasilewski
, C. N.
Allen
, D.
Picard
, M.
Spanner
, J. P.
McCaffrey
, and P. G.
Piva
, Phys. Rev. B
59
, 15368
(1999
).31.
P.
Howe
, E. C. L.
Ru
, E.
Clarke
, B.
Abbey
, R.
Murray
, and T. S.
Jones
, J. Appl. Phys.
95
, 2998
(2004
).32.
P.
Howe
, E. C. L.
Ru
, E.
Clarke
, R.
Murray
, and T. S.
Jones
, J. Appl. Phys.
98
, 113511
(2005
).33.
A.
Martí
, E.
Antolín
, E.
Cánovas
, N.
López
, P. G.
Linares
, A.
Luque
, C. R.
Stanley
, and C. D.
Farmer
, Thin Solid Films
516
, 6716
(2008
).34.
S. I.
Molina
, T.
Ben
, D. L.
Sales
, J.
Pizarro
, P. L.
Galindo
, M.
Varela
, S. J.
Pennycook
, D.
Fuster
, Y.
González
, and L.
González
, Nanotechnology
17
, 5652
(2006
).35.
S. I.
Molina
, M.
Varela
, T.
Ben
, D. L.
Sales
, J.
Pizarro
, P. L.
Galindo
, D.
Fuster
, Y.
González
, L.
González
, and S. J.
Pennycook
, J. Nanosci. Nanotechnol.
8
, 3422
(2008
).36.
M.
Gutiérrez
, M.
Herrera
, D.
González
, R.
García
, and M.
Hopkinson
, Appl. Phys. Lett.
88
, 193118
(2006
).37.
Q.
Xie
, A.
Madhukar
, P.
Chen
, and N. P.
Kobayashi
, Phys. Rev. Lett.
75
, 2542
(1995
).38.
M. A.
Cusack
, P. R.
Briddon
, and M.
Jaros
, Phys. Rev. B
56
, 4047
(1997
).39.
I. E.
Itskevich
, M. S.
Skolnick
, D. J.
Mowbray
, I. A.
Trojan
, S. G.
Lyapin
, L. R.
Wilson
, M. J.
Steer
, M.
Hopkinson
, L.
Eaves
, and P. C.
Main
, Phys. Rev. B
60
, R2185
(1999
).40.
O. B.
Shchekin
, G.
Park
, D. L.
Huffaker
, and D. G.
Deppe
, Appl. Phys. Lett.
77
, 466
(2000
).41.
P. W.
Fry
, I. E.
Itskevich
, S. R.
Parnell
, J. J.
Finley
, L. R.
Wilson
, K. L.
Schumacher
, D. J.
Mowbray
, M. S.
Skolnick
, M.
Al-Khafaji
, A. G.
Cullis
, M.
Hopkinson
, J. C.
Clark
, and G.
Hill
, Phys. Rev. B
62
, 16784
(2000
).42.
A. F.
Tsatsul’nikov
, A. R.
Kovsh
, A. E.
Zhukov
, Y. M.
Shernyakov
, Y. G.
Musikhin
, V. M.
Ustinov
, N. A.
Bert
, P. S.
Kop’ev
, Z. I.
Alferov
, A. M.
Mintairov
, J. L.
Merz
, N. N.
Ledentsov
, and D.
Bimberg
, J. Appl. Phys.
88
, 6272
(2000
).43.
A. J.
Nozik
, Annu. Rev. Phys. Chem.
52
, 193
(2001
).44.
A. M.
Fox
, R. G.
Ispasoiu
, C. T.
Foxon
, J. E.
Cunningham
, and W. Y.
Jan
, Appl. Phys. Lett.
63
, 2917
(1993
).45.
E.
Antolín
, A.
Martí
, C. R.
Stanley
, C. D.
Farmer
, E.
Cánovas
, N.
López
, P. G.
Linares
, and A.
Luque
, Thin Solid Films
516
, 6919
(2008
).46.
C. D.
Cress
, S. M.
Hubbard
, C.
Bailey
, R.
Robinson
, B. J.
Landi
, and R. P.
Raffaelle
, MRS Symposia Proceedings 1031
, H13
–19
2008
).47.
A.
Martí
, L.
Cuadra
, and A.
Luque
, Physica E
14
, 150
(2002
).© 2010 American Institute of Physics.
2010
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.
