This paper reports the structural optimization and the temperature-dependent electrical characterization of GaAs single-junction solar cells (SJSCs) based on the p + -n-n + junction structure. First, the effects of the p + -Al 0.9 Ga 0.1 As window layer were investigated using illuminated current density-voltage ( LJ−V ) and photoreflectance measurements to determine the optimal structure of the SJSC. In addition, the thickness and the doping concentration of different layers, such as the p + -GaAs emitter and the n-GaAs base layers, were optimized, leading to the maximum efficiency ( η = 21.53%). These results show that the device performance can be improved further when compared to the world record ( η = 28.8%). Second, the capacitance-voltage ( C−V ) and the dark J−V characteristics of a GaAs SJSC with the optimal structure were investigated over the temperature range from 100 to 300 K. As the temperature was increased, both the junction capacitance at zero voltage ( C j 0 ) and the carrier concentration in the active region ( N d ) increased while the depletion width ( W ) and the built-in potential ( V bi ) decreased due to purely thermal effects. Among the SC parameters obtained from the dark J−V curves, the ideality factor ( n ) decreased from 4.38 to 1.70 and the reverse saturation current density ( J 0 ) increased from 6.05 × 10 −12 to 4.26 × 10 −10 A/cm 2 with increasing temperature. These values at 300 K were similar to those simulated theoretically and reported previously for high-quality GaAs junction diodes.

中文翻译：

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GaAs 单结太阳能电池的结构优化和随温度变化的电气特性

本文报告了基于 p + -nn + 结结构的 GaAs 单结太阳能电池 (SJSC) 的结构优化和随温度变化的电气特性。首先，使用照射电流密度-电压 (LJ-V) 和光反射测量来研究 p + -Al 0.9 Ga 0.1 As 窗口层的影响，以确定 SJSC 的最佳结构。此外，优化了不同层（如 p + -GaAs 发射极和 n-GaAs 基极层）的厚度和掺杂浓度，从而获得了最大效率（η = 21.53%）。这些结果表明，与世界纪录 (η = 28.8%) 相比，器件性能可以进一步提高。第二，在 100 到 300 K 的温度范围内研究了具有最佳结构的 GaAs SJSC 的电容-电压 ( C-V ) 和暗 J-V 特性。随着温度的升高，零电压下的结电容 (由于纯热效应，C j 0 ) 和有源区中的载流子浓度 (N d ) 增加，而耗尽宽度 ( W ) 和内建电位 ( V bi ) 降低。在从暗 J−V 曲线获得的 SC 参数中，理想因子 ( n ) 从 4.38 降低到 1.70，反向饱和电流密度 ( J 0 ) 从 6.05 × 10 -12 增加到 4.26 × 10 -10 A/cm 2 随着温度的升高。300 K 时的这些值与之前针对高质量 GaAs 结二极管的理论模拟和报告值相似。随着温度的升高，零电压下的结电容 ( C j 0 ) 和有源区的载流子浓度 ( N d ) 增加，而耗尽宽度 ( W ) 和内建电位 ( V bi ) 降低纯粹的热效应。在从暗 J−V 曲线获得的 SC 参数中，理想因子 ( n ) 从 4.38 降低到 1.70，反向饱和电流密度 ( J 0 ) 从 6.05 × 10 -12 增加到 4.26 × 10 -10 A/cm 2 随着温度的升高。300 K 时的这些值与之前针对高质量 GaAs 结二极管的理论模拟和报告值相似。随着温度的升高，零电压下的结电容 ( C j 0 ) 和有源区的载流子浓度 ( N d ) 增加，而耗尽宽度 ( W ) 和内建电位 ( V bi ) 降低纯粹的热效应。在从暗 J−V 曲线获得的 SC 参数中，理想因子 ( n ) 从 4.38 降低到 1.70，反向饱和电流密度 ( J 0 ) 从 6.05 × 10 -12 增加到 4.26 × 10 -10 A/cm 2 随着温度的升高。300 K 时的这些值与之前针对高质量 GaAs 结二极管的理论模拟值和报告值相似。零电压下的结电容 (C j 0 ) 和有源区中的载流子浓度 ( N d ) 均增加，而耗尽宽度 ( W ) 和内建电位 ( V bi ) 由于纯热效应而降低。在从暗 J-V 曲线获得的 SC 参数中，理想因子 ( n ) 从 4.38 降低到 1.70，反向饱和电流密度 ( J 0 ) 从 6.05 × 10 -12 增加到 4.26 × 10 -10 A/cm 2 随着温度的升高。300 K 时的这些值与之前针对高质量 GaAs 结二极管的理论模拟和报告值相似。零电压下的结电容 (C j 0 ) 和有源区中的载流子浓度 ( N d ) 均增加，而耗尽宽度 ( W ) 和内建电位 ( V bi ) 由于纯热效应而降低。在从暗 J−V 曲线获得的 SC 参数中，理想因子 ( n ) 从 4.38 降低到 1.70，反向饱和电流密度 ( J 0 ) 从 6.05 × 10 -12 增加到 4.26 × 10 -10 A/cm 2 随着温度的升高。300 K 时的这些值与之前针对高质量 GaAs 结二极管的理论模拟和报告值相似。05 × 10 -12 至 4.26 × 10 -10 A/cm 2 随着温度升高。300 K 时的这些值与之前针对高质量 GaAs 结二极管的理论模拟和报告值相似。05 × 10 -12 至 4.26 × 10 -10 A/cm 2 随着温度升高。300 K 时的这些值与之前针对高质量 GaAs 结二极管的理论模拟和报告值相似。