Thesis (M.Sc)-Cairo University, 2024.

Bibliography: pages 81-91.

This thesis focuses on investigating InAs/GaAs quantum dot intermediate band solar cells (QD-IBSCs), a relatively mature QDSC technology. Based on our findings, we propose an alternative material system, InP/InGaP QD-IBSC, showcasing properties that position it as a viable substitute to InAs/GaAs. The InP-InGaP interface, with a wider conduction band barrier, is expected to preserve the open-circuit voltage (Voc) more effectively. Additionally, the type-II band alignment of InP QDs in InGaP suggests lower recombination rates, potentially increasing photocurrent levels with higher QD layer counts. We investigated the use of InP QDs in the InGaP junction in an InGaP/GaAs dual-junction solar cell (DJSC). Our focus is pivoted around understanding the bandgap engineering introduced by the QDs, scrutinizing carrier wavefunctions, bound concentrations, and recombination profiles. Electric field calculations provide insights into carrier extraction efficiency, and external quantum efficiency (EQE) figures are examined to confirm or refute the absorption of sub-bandgap photons by the addition of the QDs. Our research found that using three layers of InP QDs embedded in the i-region of the InGaP junction in an InGaP/GaAs DJSC would increase the overall conversion efficiency enhancement of 9.76%. Through meticulous study and analysis, our research aims to shed the light on the potential of QDs in the implementation of IBSCs, marking a significant milestone in enhancing solar cell efficiency and bolstering their competitiveness against conventional energy sources.

تركز هذه الرسالة على دراسة خصائص الخلايا الشمسية التي تحتوي على نطاق طاقة وسطي باستخدام النقاط الكمية (QD-IBSCs) من مادة InAs في خلايا شمسية من مادة GaAs، وهي تكنولوجيا حديثة نسبياً للخلايا الشمسية التي تستخدم نقاط الكم. بناءً على النتائج التي حصلنا عليها، اقترحنا نظام مواد بديل، وهو نظام نقاط كمية من مادة InP في خلايا شمسية من مادة InGaP لتكوين خلايا شمسية ذات نطاق وسطي. يظهر هذا النظام خصائص تجعله بديلاً جديرًا بالاهتمام لنظام الـ InAs/GaAs. تحافظ واجهة InP-InGaP (والتي تمتلك حاجز طاقة أوسع) على جهد الدائرة المفتوحة (Voc) بشكل أكثر فعالية. بالإضافة إلى ذلك، يشير اصطفاف النطاق من النوع II الظاهر بين النقاط الكمية لمادة الـ InP مع مادة الـ InGaP إلى معدلات إعادة اتحاد أقل، مما يزيد من مستويات التيار الكهروضوئي مع زيادة عدد طبقات نقاط الكم. قمنا بدراسة استخدام نقاط الكم من مادة InP في وصلة الـ InGaP في خلية شمسية ثنائية الوصلات InGaP/GaAs. يتمحور تركيز دراستنا حول فهم هندسة فجوة نطاق الطاقة التي تم إدخالها بواسطة نقاط الكم، مع التحقق من دوال الموجة لناقلات الشحنات وتركيزات ناقلات الشحنات المقيدة داخل النقاط الكمية وتشكيلات إعادة الاتحاد. توفر حسابات المجال الكهربي رؤية أوضح حول كفاءة استخراج ناقلات الشحنات، ويتم فحص أرقام الكفاءة الكمية الخارجية (EQE) لتأكيد أو نفي امتصاص الفوتونات ذات الطاقة الأقل من فجوة نطاق الطاقة بإضافة نقاط الكم. وجدنا أن دمج ثلاث طبقات من النقاط الكمية من نوع InP في وصلة الـ InGaP في خلية شمسية ثنائية الوصلات InGaP/GaAs يؤدي إلى تحسن ملموس في كفاءة التحويل بمقدار 9,76%. من خلال دراستنا وتحليلنا الدقيق، يهدف بحثنا إلى إلقاء الضوء على إمكانيات نقاط الكم في تنفيذ خلايا شمسية ذات نطاق وسطي. وإلى تحقيق خطوة مهمة في تعزيز كفاءة الخلية الشمسية وتعزيز قدرتها على المنافسة مع مصادر الطاقة التقليدية

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.