We investigate the luminescent coupling (LC) effects in a four-junction GaInP/GaAs//GaInAsP/GaInAs concentrator solar cell based on transient open-circuit voltage (Voc) measurements under monochromatic illumination. Photocurrent generation in the non-absorbing GaInAs bottom subcell due to LC from upper subcells shows superlinear behavior with increasing light intensity. Along with this, a Voc enhancement is observed and quantified for illumination intensities that span almost six orders of magnitude. The Voc increase is explained and studied using a series-connected diode model including subcell shunt resistances, capacitances, and LC effects. The impact of unilluminated subcells on the subcell Voc determination is discussed for multi-junction solar cells. Finally, in the analysis of the LC generated photocurrent, namely, the coupling factor from the GaInAsP to the non-absorbing GaInAs subcell, a characteristic dependency on bias voltage is shown and explained by a result of competing photo- and electroluminescence mechanisms.
References
1.
D. J.
Friedman
, J. F.
Geisz
, and M. A.
Steiner
, IEEE J. Photovoltaics
4
, 986
(2014
). 2.
A. S.
Brown
and M. A.
Green
, in Proceedings 29th IEEE Photovoltaics Specialists Conference (IEEE, 2002), p. 868.3.
C.
Baur
, M.
Hermle
, F.
Dimroth
, and A. W.
Bett
, Appl. Phys. Lett.
90
, 192109
(2007
). 4.
G.
Letay
, M.
Hermle
, and A. W.
Bett
, Prog. Photovoltaics Res. Appl.
14
, 683
(2006
). 5.
B. M.
Kayes
, H.
Nie
, R.
Twist
, S. G.
Spruytte
, F.
Reinhardt
, I. C.
Kizilyalli
, and G. S.
Higashi
, in Proceedings of the 37th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (IEEE, 2011), p. 4.6.
O. D.
Miller
, E.
Yablonovitch
, and S. R.
Kurtz
, IEEE J. Photovoltaics
2
, 303
(2012
). 7.
M. A.
Steiner
, J. F.
Geisz
, I.
Garcia
, D. J.
Friedman
, A.
Duda
, and S. R.
Kurtz
, J. Appl. Phys.
113
, 123109
(2013
). 8.
A. W.
Walker
, H.
Oliver
, D. N.
Micha
, B.
Bl
, A. W.
Bett
, and F.
Dimroth
, IEEE J. Photovoltaics
5
, 1636
(2015
). 9.
V.
Ganapati
, M.
Steiner
, and E.
Yablonovitch
, IEEE J. Photovoltaics
6
, 801
(2016
). 10.
C. L.
Schilling
, O.
Hohn
, D. N.
Micha
, S.
Heckelmann
, V.
Klinger
, E.
Oliva
, S. W.
Glunz
, and F.
Dimroth
, IEEE J. Photovoltaics
8
, 348
(2018
). 11.
F.
Dimroth
, T. N. D.
Tibbits
, M.
Niemeyer
, F.
Predan
, P.
Beutel
, C.
Karcher
, E.
Oliva
, G.
Siefer
, D.
Lackner
, P.
Fus-Kailuweit
, A. W.
Bett
, R.
Krause
, C.
Drazek
, E.
Guiot
, J.
Wasselin
, A.
Tauzin
, and T.
Signamarcheix
, IEEE J. Photovoltaics
6
, 343
(2016
). 12.
H.
Yoon
, R.
King
, R.
Richard
, G. S.
Kinsey
, S.
Kurtz
, and D. D.
Krut
, in Proceeding 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (IEEE, 2003), Vol. 1, p. 745.13.
D.
Friedman
, J. F.
Geisz
, and M. A.
Steiner
, IEEE J. Photovoltaics
3
, 429
(2013
). 14.
B. M.
Kayes
, L.
Zhang
, R.
Twist
, I.-K.
Ding
, and G. S.
Higashi
, IEEE J. Photovoltaics
4
, 729
(2014
). 15.
A. W.
Walker
, O.
Höhn
, D. N.
Micha
, L.
Wagner
, H.
Helmers
, A. W.
Bett
, and F.
Dimroth
, J. Photon. Energy
5
, 053087
(2015
). 16.
D.
Lan
, J. F.
Geisz
, M. A.
Steiner
, I.
Garcia
, D. J.
Friedman
, and M. A.
Green
, Sol. Energy Mater. Sol. Cells
143
, 48
(2015
). 17.
M.
Steiner
, G.
Siefer
, T.
Hornung
, G.
Peharz
, and A. W.
Bett
, Prog. Photovoltaics Res. Appl.
23
, 385
(2015
). 18.
S. H.
Lim
, J.-J.
Li
, E. H.
Steenbergen
, and Y.-H.
Zhang
, Prog. Photovoltaics Res. Appl.
21
, 344
(2013
). 19.
M. A.
Steiner
, J. F.
Geisz
, T. E.
Moriarty
, R. M.
France
, W. E.
McMahon
, J. M.
Olson
, S. R.
Kurtz
, and D. J.
Friedman
, IEEE J. Photovoltaics
3
, 879
(2013
). 20.
D.
Lan
and M. A.
Green
, Appl. Phys. Lett.
106
, 263902
(2015
). 21.
J. F.
Geisz
, M. A.
Steiner
, R. M.
France
, W. E.
Mcmahon
, C. R.
Osterwald
, and D. J.
Friedman
, IEEE J. Photovoltaics
5
, 1827
(2015
). 22.
M. A.
Steiner
and J. F.
Geisz
, Appl. Phys. Lett.
100
, 251106
(2012
). 23.
V.
Ganapati
, C.-S.
Ho
, and E.
Yablonovitch
, IEEE J. Photovoltaics
5
, 410
(2015
). 24.
T.
Tayagaki
, K.
Makita
, H.
Mizuno
, and T.
Sugaya
, J. Appl. Phys.
122
, 23101
(2017
). 25.
D.
Lan
and M. A.
Green
, Prog. Photovoltaics Res. Appl.
24
, 1566
(2016
).26.
T.
Sogabe
, A.
Ogura
, C. Y.
Hung
, V.
Evstropov
, M.
Mintairov
, M.
Shvarts
, and Y.
Okada
, Appl. Phys. Lett.
103
, 263907
(2013
). 27.
D. F.
Marrón
, E.
Barrigón
, M.
Ochoa
, and I.
Artacho
, Phys. Rev. Appl.
6
, 14001
(2016
). 28.
T.
Tayagaki
, K.
Makita
, H.
Mizuno
, R.
Oshima
, and T.
Sugaya
, Jpn. J. Appl. Phys.
56
, 08MC01
(2017
). 29.
T.
Kirchartz
, U.
Rau
, M.
Hermle
, A. W.
Bett
, A.
Helbig
, and J. H.
Werner
, Appl. Phys. Lett.
92
, 123502
(2008
). 30.
S.
Roensch
, R.
Hoheisel
, F.
Dimroth
, and A. W.
Bett
, Appl. Phys. Lett.
98
, 25113
(2011
). 31.
C.
Karcher
, H.
Helmers
, M.
Schachtner
, F.
Dimroth
, and A. W.
Bett
, Prog. Photovoltaics
22
, 757
(2014
). 32.
J. F.
Geisz
, R. M.
France
, I.
García
, M. A.
Steiner
, and D. J.
Friedman
, AIP Conf. Proc.
1616
, 114
(2014
). 33.
H.
Nesswetter
, N. R.
Jost
, P.
Lugli
, A. W.
Bett
, and C. G.
Zimmermann
, Appl. Phys. Lett.
106
, 23903
(2015
). 34.
M.
Rutzinger
, H.
Nesswetter
, P.
Lugli
, A. W.
Bett
, and C. G.
Zimmermann
, Appl. Phys. Lett.
108
, 253902
(2016
). 35.
M.
Rutzinger
, M.
Salzberger
, H.
Nesswetter
, D.
Lackner
, A. W.
Bett
, P.
Lugli
, and C. G.
Zimmermann
, IEEE J. Photovoltaics
7
, 709
(2017
). 36.
H.
Nesswetter
, N. R.
Jost
, P.
Lugli
, A. W.
Bett
, and C. G.
Zimmermann
, Prog. Photovoltaics Res. Appl.
24
, 760
(2016
). 37.
J.
Jia
, Y.
Miao
, Y.
Kang
, Y.
Huo
, M.
Mazouchi
, Y.
Chen
, L.
Zhao
, H.
Deng
, P.
Supaniratisai
, S. H.
AlQahtani
, and J. S.
Harris
, Opt. Express
23
, A219
(2015
). 38.
F.
Dimroth
, M.
Grave
, P.
Beutel
, U.
Fiedeler
, C.
Karcher
, T. N. D.
Tibbits
, E.
Oliva
, G.
Siefer
, M.
Schachtner
, A.
Wekkeli
, A. W.
Bett
, R.
Krause
, M.
Piccin
, N.
Blanc
, C.
Drazek
, E.
Guiot
, B.
Ghyselen
, T.
Salvetat
, A.
Tauzin
, T.
Signamarcheix
, A.
Dobrich
, T.
Hannappel
, and K.
Schwarzburg
, Prog. Photovoltaics Res. Appl.
22
, 277
(2014
). 39.
S. K.
Reichmuth
, H.
Helmers
, C. E.
Garza
, D.
Vahle
, M.
de Boer
, L.
Stevens
, M.
Mundus
, A. W.
Bett
, and G.
Siefer
, in Proceedings of the EUPVSEC 2016 (WIP GmbH & Co Planungs-KG, 2016), p. 5.40.
S. K.
Reichmuth
, H.
Helmers
, S. P.
Philipps
, M.
Schachtner
, G.
Siefer
, and A. W.
Bett
, Prog. Photovoltaics Res. Appl.
25
, 67
(2017
). 41.
M.
Rutzinger
, M.
Salzberger
, A.
Gerhard
, H.
Nesswetter
, P.
Lugli
, and C. G.
Zimmermann
, Appl. Phys. Lett.
111
, 183507
(2017
). 42.
D.
Lan
and M. A.
Green
, Prog. Photovoltaics Res. Appl.
24
, 1566
(2016
). 43.
S.
Essig
, J.
Benick
, M.
Schachtner
, A.
Wekkeli
, M.
Hermle
, and F.
Dimroth
, IEEE J. Photovoltaics
5
, 977
(2015
). 44.
H.
Mizuno
, K.
Makita
, T.
Tayagaki
, T.
Mochizuki
, T.
Sugaya
, and H.
Takato
, Appl. Phys. Express
10
, 72301
(2017
). 45.
R.
Cariou
, J.
Benick
, P.
Beutel
, N.
Razek
, C.
Flotgen
, M.
Hermle
, D.
Lackner
, S. W.
Glunz
, A. W.
Bett
, M.
Wimplinger
, and F.
Dimroth
, IEEE J. Photovoltaics
7
, 367
(2017
). 46.
R.
Cariou
, J.
Benick
, F.
Feldmann
, O.
Höhn
, H.
Hauser
, P.
Beutel
, N.
Razek
, M.
Wimplinger
, B.
Bläsi
, D.
Lackner
, M.
Hermle
, G.
Siefer
, S. W.
Glunz
, A. W.
Bett
, and F.
Dimroth
, Nat. Energy
3
, 326
(2018
). 47.
J. P.
Mailoa
, C. D.
Bailie
, E. C.
Johlin
, E. T.
Hoke
, A. J.
Akey
, W. H.
Nguyen
, M. D.
McGehee
, and T.
Buonassisi
, Appl. Phys. Lett.
106
, 121105
(2015
). 48.
J.
Werner
, B.
Niesen
, and C.
Ballif
, Adv. Mater. Interfaces
5
, 1700731
(2018
). 49.
F.
Sahli
, J.
Werner
, B. A.
Kamino
, M.
Bräuninger
, R.
Monnard
, B.
Paviet-Salomon
, L.
Barraud
, L.
Ding
, J. J. D.
Leon
, D.
Sacchetto
, G.
Cattaneo
, M.
Despeisse
, M.
Boccard
, S.
Nicolay
, Q.
Jeangros
, B.
Niesen
, and C.
Ballif
, Nat. Mater.
17
, 820
(2018
). 50.
N.
Tucher
, O.
Höhn
, B.
Bläsi
, and J. C.
Goldschmidt
, Proc. SPIE
10688
, 1068805
(2018
).© 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.
