Использование квантовых точек InSb в термофотовольтаических преобразователях на основе GaSb
The influence of radiation absorption in InSb quantum dots (QDs) on the efficiency of GaSb‑based thermophotovoltaic (TPV) elements has been investigated. It is shown that the introduction of QDs significantly expands the spectral range of photosensitivity and increases the efficiency of TPV elements...
Збережено в:
| Дата: | 2003 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers
2003
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2003.1.46 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technology and design in electronic equipment |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technology and design in electronic equipment| _version_ | 1869653457695145984 |
|---|---|
| author | Andronova, E. V. Baganov, E. A. Dalechin, A. Yu. Karmanny, A. Yu. |
| author_facet | Andronova, E. V. Baganov, E. A. Dalechin, A. Yu. Karmanny, A. Yu. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "E. V. Andronova",
"institution": "Kherson National Technical University, Ukraine"
},
{
"author": "E. A. Baganov",
"institution": "Kherson National Technical University, Ukraine"
},
{
"author": "A. Yu. Dalechin",
"institution": "Kherson National Technical University, Ukraine"
},
{
"author": "A. Yu. Karmanny",
"institution": "Kherson National Technical University, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Andronova, E. V. |
| baseUrl_str | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-02T13:33:03Z |
| description | The influence of radiation absorption in InSb quantum dots (QDs) on the efficiency of GaSb‑based thermophotovoltaic (TPV) elements has been investigated. It is shown that the introduction of QDs significantly expands the spectral range of photosensitivity and increases the efficiency of TPV elements. Analysis of optical transitions in InSb QDs, as well as the dependence of the thermodynamic efficiency of the TPV element on QD size, made it possible to determine the optimal conductivity type, doping level of the matrix material, and select the optimal QD diameter. |
| first_indexed | 2026-07-03T01:01:23Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 1
46
ÒÅÐÌÎÔÎÒÎÂÎËÜÒÀÈÊÀ
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
24.05 � 06.09 2002 ã.
Îïïîíåíò ê. ô.-ì. í. Â. Â. ÊÎÂÀËÜ×ÓÊ
(Þæíîóêðàèíñêèé ïåä. óí-ò
èì. Ê. Ä. Óøèíñêîãî, ã. Îäåññà)
Å. Â. ÀÍÄÐÎÍÎÂÀ, Å. À. ÁÀÃÀÍÎÂ, À. Þ. ÄÀËÅ×ÈÍ,
À. Þ. ÊÀÐÌÀÍÍÛÉ
Óêðàèíà, Õåðñîíñêèé ãîñ. òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò
E-mail: vk_74@mail.ru
Ôîðìèðîâàíèå ìàññèâà êâàíòîâûõ òî-
÷åê InSb ïîçâîëÿåò çíà÷èòåëüíî ðàñøè-
ðèòü ñïåêòðàëüíûé äèàïàçîí ôîòî÷óâ-
ñòâèòåëüíîñòè ÒÔÂ-ýëåìåíòîâ íà îñíî-
âå GaSb.
 ïîñëåäíåå âðåìÿ òåðìîôîòîâîëüòàèêà (ÒÔÂ) �
òåõíîëîãèÿ íåïîñðåäñòâåííîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ýíåð-
ãèè èíôðàêðàñíîãî èçëó÷åíèÿ â ýëåêòðè÷åñòâî � ïî-
ëó÷èëà èíòåíñèâíîå ðàçâèòèå â ñâÿçè ñ ñîâåðøåí-
ñòâîâàíèåì òåõíîëîãèè ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìàòåðè-
àëîâ ñîåäèíåíèé À3Â5, â ÷àñòíîñòè, GaSb è òâåðäûõ
ðàñòâîðîâ íà åå îñíîâå.
Ñ òî÷êè çðåíèÿ äîñòèæåíèÿ ìàêñèìàëüíîé ýôôåê-
òèâíîñòè ÒÔÂ-ñèñòåì èäåàëüíàÿ øèðèíà çàïðåùåííîé
çîíû ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ìàòåðèàëà äîëæíà ñîñòàâ-
ëÿòü 0,5�0,55 ý ïðè òåìïåðàòóðå èçëó÷àòåëÿ ïîðÿäêà
1500°Ñ [1]. Îäíàêî ñîçäàíèå êà÷åñòâåííûõ ñòðóêòóð
íà îñíîâå îáúåìíûõ ìàòåðèàëîâ ñ òàêîé øèðèíîé çàï-
ðåùåííîé çîíû ñîïðÿæåíî ñî çíà÷èòåëüíûìè òðóäíî-
ñòÿìè, òàêèìè êàê âûñîêèå òåìïåðàòóðû âûðàùèâà-
íèÿ, áîëüøèå ðåêîìáèíàöèîííûå ïîòåðè, øèðîêèå îá-
ëàñòè íåñìåøèâàåìîñòè òâåðäûõ ðàñòâîðîâ è ò. ï.
Îäèí èç âîçìîæíûõ ïîäõîäîâ ê ïîâûøåíèþ ýô-
ôåêòèâíîñòè ÒÔÂ-ýëåìåíòîâ ñîñòîèò â èñïîëüçîâà-
íèè íèçêîðàçìåðíûõ ñòðóêòóð, ïîñêîëüêó, ê ïðèìå-
ðó, ôîðìèðîâàíèå ìàññèâà ñàìîñîãëàñîâàííûõ êâàí-
òîâûõ òî÷åê óçêîçîííûõ ìàòåðèàëîâ â øèðîêîçîí-
íîé ìàòðèöå äàåò âîçìîæíîñòü ñóùåñòâåííîãî ðàñ-
øèðåíèÿ ñïåêòðà ôîòî÷óâñòâèòåëüíîñòè â äëèííîâîë-
íîâóþ îáëàñòü ïî ñðàâíåíèþ ñ êðàåì ïîãëîùåíèÿ
ìàòåðèàëà ìàòðèöû [2].
Öåëüþ äàííîé ðàáîòû ÿâëÿåòñÿ èçó÷åíèå âëèÿíèÿ
ïîãëîùåíèÿ èçëó÷åíèÿ â êâàíòîâûõ òî÷êàõ InSb íà
ýôôåêòèâíîñòü ÒÔÂ-ýëåìåíòîâ íà îñíîâå GaSb è
âûáîð îïòèìàëüíûõ ðàçìåðîâ êâàíòîâûõ òî÷åê äëÿ
äîñòèæåíèÿ ìàêñèìàëüíîé ýôôåêòèâíîñòè.
Îáîñíîâàíèå ìîäåëè
Ñèñòåìà InSb�GaSb õàðàêòåðèçóåòñÿ áîëüøèì
ðàññîãëàñîâàíèåì ïî ïîñòîÿííîé ðåøåòêè (6,1%), ÷òî
îáóñëàâëèâàåò ðîñò ïî ìåõàíèçìó Ñòðàíñêè�Êðàñ-
òàíîâà è, ñëåäîâàòåëüíî, ïðè ñîîòâåòñòâóþùèõ òåõ-
íîëîãè÷åñêèõ ðåæèìàõ ïðèâîäèò ê ôîðìèðîâàíèþ
êâàíòîâûõ òî÷åê (KT) InSb íà ïîäëîæêå GaSb. Ôîð-
ìà, ðàçìåðû è ïëîòíîñòü ñàìîñîãëàñîâàííûõ ÊÒ çà-
âèñèò îò ìàòåðèàëîâ ñèñòåìû è óñëîâèé ðîñòà [3�5].
Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî â ëèòåðàòóðå óêàçûâàþòñÿ ÊÒ
â ôîðìå ïèðàìèä, êîíóñîâ äèñêîâ èëè êóïîëîâ, ðå-
àëüíàÿ èõ ôîðìà ïîêà åùå ïîëíîñòüþ íå âûÿñíåíà.
Äëÿ ïðîñòîòû ïðåäïîëîæèì, ÷òî ÊÒ èìåþò ñôåðè-
÷åñêóþ ôîðìó è õàðàêòåðèçóþòñÿ äèàìåòðîì D. Òà-
êîå äîïóùåíèå îáîñíîâàíî òåì, ÷òî ðåàëüíûå ôîðìû
ÊÒ ìîãóò áûòü âûðàæåíû ÷åðåç ýêâèâàëåíòíóþ ñôå-
ðè÷åñêóþ ôîðìó [6].
Êàê áûëî ñêàçàíî âûøå, äâèæóùèìè ñèëàìè äëÿ
ñïîíòàííîãî îáðàçîâàíèÿ ÊÒ ÿâëÿþòñÿ ìåõàíè÷åñêèå
íàïðÿæåíèÿ, êîòîðûå èçìåíÿþò âåëè÷èíó ðàçðûâîâ çîí
è ýôôåêòèâíóþ ìàññó ýëåêòðîíà âíóòðè ÊÒ [3, 4, 7].
Õîòÿ äëÿ äåòàëüíîãî ðàññìîòðåíèÿ íàïðÿæåíèÿ îáû÷-
íî ïðîèçâîäèòñÿ åãî ðàçáèåíèå íà èçîòðîïíóþ (ãèäðî-
ñòàòè÷åñêóþ) è àíèçîòðîïíóþ ñîñòàâëÿþùèå, â äàí-
íîì ñëó÷àå, áëàãîäàðÿ ñôåðè÷åñêîé ôîðìå, âàæíà òîëü-
êî èçîòðîïíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ.
Ìåòîäèêà ðàñ÷åòà
Èçîòðîïíàÿ äåôîðìàöèÿ òî÷êè îïèñûâàåòñÿ âûðà-
æåíèåì [6, 8]
,
1
2–1
2
µ−
µ= fI
(1)
 ýòîé ñâÿçè âûðàæåíèå (1) ìîæíî ïåðåïèñàòü â
âèäå
,
ì
ìò
a
aa
fI
−≡= (2)
ãäå àò è àì � ïîñòîÿííûå ðåøåòêè ìàòåðèàëîâ òî÷êè
è ìàòðèöû, ñîîòâåòñòâåííî.
Èçìåíåíèå ðàçðûâîâ â çîíå ïðîâîäèìîñòè è âà-
ëåíòíîé çîíå ïîä äåéñòâèåì äåôîðìàöèè ïðîèñõîäèò
íà âåëè÷èíó
,; IaEIaE VVCC =∆=∆ íàïðÿæíàïðÿæ (3)
ãäå àÑ è àV � äåôîðìàöèîííûå ïîòåíöèàëû çîíû ïðî-
âîäèìîñòè è âàëåíòíîé çîíû, ñîîòâåòñòâåííî.
Ïîýòîìó ðåàëüíàÿ âåëè÷èíà ïîòåíöèàëüíûõ áàðü-
åðîâ â ãåòåðîñèñòåìå ñ ÊÒ äëÿ ýëåêòðîíîâ è äûðîê
ñîîòâåòñòâåííî áóäåò ñîñòàâëÿòü:
,; íàïðÿæíàïðÿæ
VVhCCe EEVEEV ∆+∆=∆+∆= (4)
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÈÅ ÊÂÀÍÒÎÂÛÕ ÒÎ×ÅÊ InSb
 ÒÅÐÌÎÔÎÒÎÂÎËÜÒÀÈ×ÅÑÊÈÕ ÏÐÅÎÁÐÀÇÎÂÀÒÅËßÕ
ÍÀ ÎÑÍÎÂÅ GaSb
Èññëåäîâàíèÿ âûïîëíåíû ïðè ôèíàíñîâîé ïîääåðæêå Ôîíäà ãðàæ-
äàíñêèõ èññëåäîâàíèé è ðàçâèòèÿ ÑØÀ äëÿ íåçàâèñèìûõ ãîñóäàðñòâ
áûâøåãî Ñîâåòñêîãî Ñîþçà (CRDF) ïî ãðàíòó UE2-2225/6561.
ãäå f �
µ �
îòíîñèòåëüíàÿ äåôîðìàöèÿ, ñâÿçàííàÿ ñ ðàññîãëàñîâàíè-
åì ïîñòîÿííûõ ðåøåòîê ìàòåðèàëîâ ÊÒ è ìàòðèöû;
êîýôôèöèåíò Ïóàññîíà, ïðèáëèæåííî ðàâíûé 1/3 äëÿ ìà-
òåðèàëîâ À3Â5.
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 1
47
ÒÅÐÌÎÔÎÒÎÂÎËÜÒÀÈÊÀ
ãäå ∆ÅÑ è ∆ÅV � ðàçðûâû â çîíå ïðîâîäèìîñòè è
âàëåíòíîé çîíå â íåíàïðÿæåííîé ãåòåðîñòðóêòóðå, ñî-
îòâåòñòâåííî.
Ðàñ÷åò óðîâíåé êâàíòîâàíèÿ ïðîèçâîäèëñÿ èç ðå-
øåíèÿ ñòàöèîíàðíîãî óðàâíåíèÿ Øðåäèíãåðà äëÿ ñôå-
ðè÷åñêîé ïîòåíöèàëüíîé ÿìû ñ ïðÿìîóãîëüíûìè êî-
íå÷íûìè ñòåíêàìè [6]:
,
22
tg q
nkD
k =
π− (5)
Ïðåäåëüíàÿ òåðìîäèíàìè÷åñêàÿ ýôôåêòèâíîñòü
ÒÔÂ-ýëåìåíòîâ íà îñíîâå ãåòåðîêîìïîçèöèé ñ ÊÒ îöå-
íèâàëàñü ñ ó÷åòîì ñëåäóþùèõ äîïóùåíèé:
1) ìàññèâ ÊÒ ñîçäàåò äîïîëíèòåëüíóþ çîíó (ÄÇ),
ðàñïîëîæåííóþ â çàïðåùåííîé çîíå ìàòåðèàëà ìàò-
ðèöû (ðèñ. 1) [8];
2) â ðåçóëüòàòå ïîãëîùåíèÿ ôîòîíà îáðàçóåòñÿ òîëü-
êî îäíà ýëåêòðîííî-äûðî÷íàÿ ïàðà;
3) èìååò ìåñòî òîëüêî èçëó÷àòåëüíàÿ ðåêîìáèíàöèÿ;
4) âñå ôîòîíû ñ ýíåðãèåé, áîëüøåé øèðèíû çà-
ïðåùåííîé çîíû ìàòåðèàëà ìàòðèöû, ïîãëîùàþòñÿ
ìàòðèöåé;
5) ôîòîíû ñ ýíåðãèåé, ìåíüøåé øèðèíû çàïðå-
ùåííîé çîíû ìàòðèöû, ìîãóò âûçûâàòü îïòè÷åñêèå
ïåðåõîäû êàê ñ âàëåíòíîé çîíû íà ÄÇ, òàê è ñ ÄÇ â
çîíó ïðîâîäèìîñòè ìàòåðèàëà ìàòðèöû.
Ïðåäïîëàãàëîñü, ÷òî ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíî-
ñòè èçëó÷åíèÿ èñòî÷íèêà, èìåþùåãî òåìïåðàòóðó Ò,
ïî ÷àñòîòå ν îïðåäåëÿåòñÿ ðàñïðåäåëåíèåì Ïëàíêà:
(6)
Ïðè ýòîì ïîòîê ôîòîíîâ îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæåíèåì
,
),(
)(
í
íå
å
h
T
N =& (7)
à âåðîÿòíîñòü ïîãëîùåíèÿ ôîòîíà â ïðèáëèæåíèè
ïðÿìûõ ïåðåõîäîâ �
,
)(
~
í
í
h
Eh
p
∆− (8)
ãäå ∆E � ýíåðãèÿ âîçáóæäåíèÿ îïòè÷åñêîãî ïåðåõîäà.
Ïîãëîùåíèå èçëó÷åíèÿ â ìàññèâå ÊÒ ïðèâîäèò ê
âûäåëåíèþ íà âûõîäå ÒÔÂ-ýëåìåíòà äîïîëíèòåëüíîé
ìîùíîñòè:
∆Ðâûõ=JUxx, (9)
Òîãäà ïðèðîñò ýôôåêòèâíîñòè ÒÔÂ-ýëåìåíòà îï-
ðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì
,4
âûõ TP óç ∆=∆ (10)
ãäå σ � ïîñòîÿííàÿ Ñòåôàíà�Áîëüöìàíà.
Èç âûðàæåíèé (6)�(10) ïîëó÷àåì:
,
1exp
~
1
0
dE
Tk
E
EEEi
i
E
E
∫
+∆
∆ −
∆−∆ç (11)
Ðåçóëüòàòû è îáñóæäåíèå
Ó÷åò ìåõàíè÷åñêèõ íàïðÿæåíèé äëÿ ãåòåðîñèñ-
òåìû InSb�GaSb ñ ÊÒ InSb ïîêàçàë, ÷òî â ñëó÷àå
ïîìåùåíèÿ ÊÒ â ìàòðèöó GaSb, ëåãèðîâàííóþ äî-
íîðíîé ïðèìåñüþ, ïîòåíöèàëüíûå áàðüåðû â êâàí-
òîâîé ÿìå îáåñïå÷èâàþò òîëüêî ëîêàëèçàöèþ äûðîê
(ðèñ. 2, à, F � ýíåðãèÿ óðîâíÿ Ôåðìè). Åñëè æå
ìàòðèöà GaSb ëåãèðîâàíà àêöåïòîðíîé ïðèìåñüþ,
òî â ïîòåíöèàëüíîé ÿìå âîçìîæíà ëîêàëèçàöèÿ òîëü-
êî ýëåêòðîíîâ (ðèñ. 2, á).
 òàáë. 1 ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ýíåð-
ãèè îïòè÷åñêèõ ïåðåõîäîâ â çàâèñèìîñòè îò äèàìåò-
ðà ÊÒ InSb ïðè ðàçëè÷íûõ óðîâíÿõ ëåãèðîâàíèÿ ìàò-
ðèöû n-GaSb, à â òàáë. 2 � äëÿ ÊÒ InSb, ñôîðìèðî-
âàííûõ â ìàòðèöå p-GaSb.
Àíàëèç òàáëèö ïîêàçûâàåò, ÷òî ýíåðãèÿ îïòè÷åñ-
êîãî ïåðåõîäà ñ ïåðâîãî êâàíòîâîãî óðîâíÿ äûðîê íà
óðîâåíü, ñîîòâåòñòâóþùèé äíó çîíû ïðîâîäèìîñòè
ìàòðèöû, (1h�ÅÑ) ñëàáî çàâèñèò îò óðîâíÿ ëåãèðî-
âàíèÿ ìàòðèöû n-GaSb. ×òî æå êàñàåòñÿ ïåðåõîäà ñ
ó÷àñòèåì âòîðîãî êâàíòîâîãî óðîâíÿ 2h�ÅÑ, òî åãî
ýíåðãèÿ ïðàêòè÷åñêè íå çàâèñèò îò êîíöåíòðàöèè ëå-
ãèðóþùåé ïðèìåñè â ìàòðèöå. Ïðè èçìåíåíèè òèïà
ïðîâîäèìîñòè ìàòåðèàëà ìàòðèöû íà äûðî÷íûé
ñïåêòð ñîñòîÿíèé äëÿ äûðîê â ÊÒ ñòàíîâèòñÿ êâà-
çèíåïðåðûâíûì.  ýòîì ñëó÷àå âîçìîæíûìè ÿâëÿþò-
ñÿ ïåðåõîäû ñ ýíåðãåòè÷åñêèõ óðîâíåé, ðàñïîëîæåí-
íûõ âáëèçè ïîòîëêà âàëåíòíîé çîíû, íà êâàíòîâûå óðîâ-
íè ýëåêòðîíîâ (ÅV�1e, ÅV�2e). Ïðè ýòîì íàáëþäàåò-
ãäå k �
m1å,h, m2e,h �
Å(k) �
h �
D �
n =
m �
q �
êâàçèâîëíîâîé âåêòîð íîñèòåëÿ çàðÿäà â êâàíòî-
âîé òî÷êå, ;/)(2 2
,1 hkEmk he=
ýôôåêòèâíûå ìàññû íîñèòåëåé çàðÿäà â êâàíòîâîé
òî÷êå è ìàòðèöå, ñîîòâåòñòâåííî;
ýíåðãèÿ íîñèòåëÿ çàðÿäà, çàâèñÿùàÿ îò êâàçèâîë-
íîâîãî âåêòîðà k;
ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà;
äèàìåòð êâàíòîâîé òî÷êè;
2m�1;
íîìåð êâàíòîâîãî óðîâíÿ;
ïàðàìåòð ñïàäà âîëíîâîé ôóíêöèè çà ïðåäåëàìè
êâàíòîâîé òî÷êè, q=[2m2e,h /
2
h ][Ve,h�E(k)].
ñêîðîñòü ñâåòà â âàêóóìå;
2π h ;
ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà.
ãäå ñ �
h =
k0 �
ãäå J �
Uõõ �
ïëîòíîñòü òîêà íîñèòåëåé, ãåíåðèðóåìûõ â ðåçóëüòàòå
ôîòîàêòèâíîãî ïîãëîùåíèÿ èçëó÷åíèÿ ìàññèâîì ÊÒ;
íàïðÿæåíèå õîëîñòîãî õîäà.
ãäå ∆Ei, ∆Ei+1 �
Å=hν �
ñîîòâåòñòâåííî ýíåðãèÿ âîçáóæäåíèÿ ðàñ-
ñìàòðèâàåìîãî è ñëåäóþùåãî ïî ∆E îïòè-
÷åñêîãî ïåðåõîäà, îïðåäåëÿåìàÿ äèàìåòðîì
ÊÒ;
ýíåðãèÿ ôîòîíà.
à) á) â)
ÅV
ÅÑÅÑ Åå1
ÅV
Åg ìàòð
Ve
hv2
ÅV
ÅÑ
ÄÇ
Vh
Ðèñ. 1. Ñõåìà îáðàçîâàíèÿ äîïîëíèòåëüíîé çîíû (ÄÇ) â
çàïðåùåííîé çîíå ìàòåðèàëà ìàòðèöû (Åg ìàòð):
à � çîííàÿ äèàãðàììà îòäåëüíîé ÊÒ â ìàòðèöå; á � çîííàÿ
äèàãðàììà ìàññèâà ÊÒ; â � ðåçóëüòèðóþùàÿ çîííàÿ äèàãðàììà
ãåòåðîñèñòåìû ñ ÊÒ
,
1exp
2
),(
0
2
2
−
=
Tk
h
h
c
T
í
íðí
íå
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 1
48
ÒÅÐÌÎÔÎÒÎÂÎËÜÒÀÈÊÀ
öû p-GaSb. Êðîìå òîãî, ïðè ðàâíûõ ïðî÷èõ óñëîâè-
ÿõ ôîðìèðîâàíèå ìàññèâà ÊÒ â ìàòðèöå n-GaSb ïî-
çâîëÿåò äîñòè÷ü áîëüøåé ýôôåêòèâíîñòè ïðåîáðàçî-
âàíèÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ ìàòðèöåé äûðî÷íîãî òèïà ïðî-
âîäèìîñòè. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî èñïîëüçîâàíèå ãå-
òåðîñèñòåì ñ ÊÒ InSb â ìàòðèöå n-GaSb îáåñïå÷èâà-
åò îïòèìàëüíûå äëÿ ÒÔÂ-ýëåìåíòîâ ýíåðãèè îïòè÷åñ-
êèõ ïåðåõîäîâ â äèàïàçîíå 0,5�0,55 ýÂ (ñì. òàáë. 1).
Ñëåäóåò òàêæå îòìåòèòü, ÷òî ðàññ÷èòàííûå îïòè-
ìàëüíûå ðàçìåðû ÊÒ ÿâëÿþòñÿ ðåàëüíî äîñòèæèìû-
ìè êàê äëÿ ñòàíäàðòíûõ òåõíîëîãèé ïîëó÷åíèÿ êâàí-
òîâîðàçìåðíûõ ñòðóêòóð (ìîëåêóëÿðíî-ëó÷åâàÿ ýïè-
òàêñèÿ, îñàæäåíèå èç ïàðîâ ìåòàëëîðãàíè÷åñêèõ ñî-
åäèíåíèé), òàê è äëÿ ìåòîäîâ æèäêîôàçíîé ýïèòàê-
ñèè, íàïðèìåð, ìåòîäà èìïóëüñíîãî îõëàæäåíèÿ íà-
ñûùåííîãî ðàñòâîðà-ðàñïëàâà [9].
Âûâîäû
Òàêèì îáðàçîì, ôîðìèðîâàíèå ìàññèâà êâàíòî-
âûõ òî÷åê InSb ïîçâîëÿåò çíà÷èòåëüíî ðàñøèðèòü
ñïåêòðàëüíûé äèàïàçîí ôîòî÷óâñòâèòåëüíîñòè ÒÔÂ-
ýëåìåíòîâ íà îñíîâå GaSb, ÷òî ïðèâîäèò ê óâåëè÷å-
íèþ èõ ýôôåêòèâíîñòè. Ñ òî÷êè çðåíèÿ äîñòèæåíèÿ
îïòèìàëüíîãî äëÿ ÒÔÂ-ýëåìåíòîâ äèàïàçîíà ýíåðãèé
îïòè÷åñêèõ ïåðåõîäîâ (0,5�0,55 ýÂ) ïðåäïî÷òèòåëü-
íûì ÿâëÿåòñÿ ñîçäàíèå ñèñòåìû ÊÒ â áàçîâîé îáëàñ-
òè ñòðóêòóðû, ëåãèðîâàííîé äîíîðíîé ïðèìåñüþ, íà
ðàññòîÿíèè ïîðÿäêà äèôôóçèîííîé äëèíû íåîñíîâ-
íûõ íîñèòåëåé çàðÿäà.
Ðàñ÷åò òåðìîäèíàìè÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè ÒÔÂ-
ýëåìåíòà ñ ÊÒ ïîêàçàë, ÷òî ïðè óðîâíå ëåãèðîâàíèÿ
ìàòåðèàëà ìàòðèöû n=1⋅1017ñì�3 è òåìïåðàòóðå èñ-
òî÷íèêà èçëó÷åíèÿ 1500°Ñ îïòèìàëüíûé äèàìåòð ÊÒ
ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 10 íì.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Coutts T. J., Wanlass M. W., Ward J. S., Johnson S. A review of
recent advances in thermophotovoltaics / Proc. of 25th PVSC,
Washington, May 13�17, 1996.� P. 25�30.
2. Rohr C., Connolly J. P., Barnham K. W. J. et al. InGaAsP
quantum well cells for thermophotovoltaics / Pre-print copy of Proc.
of 2nd Word Conf. and Exhibition on PV Solar Energy Conversion.�
Vienna, July 6�10, 1998.
3. Bimberg D., Grundmann M., Ledenstov N. N. Quantum dot
heterostructures.� London: John Wiley & Sons, 1999.
4. Sugawara M. Self-assembled InGaAs/GaAs quantum dots.�
London: Academic Press, 1999.
5. Bimberg D., Ledenstov N. N., Grundmann M. et al. InAs�
GaAs quantum pyramide lasers: in situ growth, radiative lifetimes and
polarizations properties // Jpn. J. Appl. Phis.� 1996.� Vol. 35,
part 1, N 2B.� P. 1311�1319.
6. Åâòèõèåâ Â. Ï., Êîíñòàíòèíîâ Î. Â., Ìàòâååíöåâ À. Â., Ðîìà-
íîâ À. Å. Èçëó÷åíèå ñâåòà ïîëóïðîâîäíèêîâîé ñòðóêòóðîé ñ êâàí-
òîâîé ÿìîé è ìàññèâîì êâàíòîâûõ òî÷åê // ÔÒÏ.� 2002.�
Ò. 36, âûï. 1.� Ñ. 79�86.
7. Grundmann M., Stier O., Bimberg D. InAs/GaAs pyramidal
qauntum dots: strain distribution, optical phonons and electronic
structur // Physical Review B.� 1995.� Vol. 52, N 16.�
P. 11969�11981.
8. Cuadra L., Marti A., Luque A. et al. Strain considerations for
the design of the quantum dot intermediate band solar sell in the
GaXIn1�XAs/AlYGa1�YAs material system / Pre-print copy of Proc. of
17th European PV Solar Energy Conf. and Exhibition.� Munich,
October 22�26, 2001.
9. Êóëþòêèíà . Ô., Ìàðîí÷óê È. Å., Øîðîõîâ À. Â. Âûðàùè-
âàíèå ñóáìèêðîííûõ ñëîåâ ïðè èìïóëüñíîì îõëàæäåíèè íàñû-
ùåííîãî ðàñòâîðà-ðàñïëàâà // Ïèñüìà â ÆÒÔ.� 1995.� Ò. 21,
âûï. 20.� Ñ. 1�5.
ñÿ ñèëüíàÿ çàâèñèìîñòü ýíåðãèè îïòè÷åñêîãî ïåðåõî-
äà ÅV�1e îò êîíöåíòðàöèè àêöåïòîðîâ â ìàòðèöå GaSb.
Íà ðèñ. 3 ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè ïðèðîñòà ýô-
ôåêòèâíîñòè ÒÔÂ-ýëåìåíòîâ îò äèàìåòðà ÊÒ InSb â ìàò-
ðèöå n-GaSb è ð-GaSb äëÿ íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííî-
ãî óðîâíÿ ëåãèðîâàíèÿ áàçîâîé îáëàñòè 1⋅1017 ñì�3 ïðè
òåìïåðàòóðå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ 1500°Ñ (çà åäèíèöó
ïî îñè îðäèíàò ïðèíÿò ìàêñèìàëüíûé ïðèðîñò ýôôåê-
òèâíîñòè äëÿ ÊÒ â ìàòðèöå n-GaSb).
Èç ðèñóíêà ñëåäóåò, ÷òî îïòèìàëüíûé äèàìåòð ÊÒ,
ïðè êîòîðîì ýôôåêòèâíîñòü ÒÔÂ-ýëåìåíòà äîñòèãàåò
ìàêñèìóìà, ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 10 íì äëÿ ìàòðèöû
ýëåêòðîííîãî òèïà ïðîâîäèìîñòè è 13 íì äëÿ ìàòðè-
Ýíåðãèÿ îïòè÷åñêèõ ïåðåõîäîâ, ýÂ
1h—ÅÑ 2h—ÅÑ 1h—ÅÑ 2h—ÅÑ 1h—ÅÑ 2h—ÅÑ
D,
íì
n=1015ñì–3 n=1016ñì–3 n=1017ñì–3
5 0,500 0,548 0,501 0,548 0,502 0,548
7 0,463 0,482 0,464 0,482 0,465 0,482
10 0,440 0,447 0,440 0,447 0,441 0,447
15 0,427 0,429 0,427 0,429 0,427 0,429
20 0,421 0,422 0,421 0,422 0,421 0,422
Òàáëèöà 1
Ýíåðãèè âîçìîæíûõ îïòè÷åñêèõ ïåðåõîäîâ â ÊÒ InSb
â ìàòðèöå n-GaSb
Òàáëèöà 2
Ýíåðãèè âîçìîæíûõ îïòè÷åñêèõ ïåðåõîäîâ â ÊÒ InSb
â ìàòðèöå p-GaSb
Ýíåðãèÿ îïòè÷åñêèõ ïåðåõîäîâ, ýÂ
EV—1e EV—2e EV—1e EV—2e EV—1e EV—2e
D,
íì
p=1015ñì–3 p=1016ñì–3 p=1017ñì–3
7 0,405 — 0,424 — 0,439 —
10 0,351 — 0,359 — 0,365 —
15 0,276 0,345 0,279 0,345 0,281 0,345
20 0,237 0,267 0,238 0,267 0,239 0,267
Ðèñ. 2. Çîííûå äèàãðàììû ãåòåðîñèñòåì ñ êâàíòîâûìè
òî÷êàìè InSb â ìàòðèöå n-GaSb (à) è ð-GaSb (á)
à) á)
n-GaSb
InSb
n-GaSb
EC
F
EV
1h
2h
2e
1e
ð-GaSb
InSb
ð-GaSb
EC
F
EV
7 9 11 13 D, íì
1,0
0,5
0
1
2
∆η
, î
òí
. å
ä.
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü ïðèðîñòà ýôôåêòèâíîñòè ÒÔÂ-ýëå-
ìåíòîâ îò äèàìåòðà êâàíòîâûõ òî÷åê InSb â ìàòðèöå GaSb:
1 � ìàòðèöà n-GaSb; 2 � ìàòðèöà p-GaSb
|
| id | oai:tkea.com.ua:article-1311 |
| institution | Technology and design in electronic equipment |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-03T01:01:23Z |
| publishDate | 2003 |
| publisher | PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | wwwtkeacomua/d2/d45364addafb7cfa63713ab76012d2d2.pdf |
| spelling | oai:tkea.com.ua:article-13112026-07-02T13:33:03Z Use of InSb quantum dots in GaSb‑based thermophotovoltaic converters Использование квантовых точек InSb в термофотовольтаических преобразователях на основе GaSb Andronova, E. V. Baganov, E. A. Dalechin, A. Yu. Karmanny, A. Yu. InSb quantum dots thermophotovoltaic converters GaSb spectral range photosensitivity efficiency optical transitions doping квантовые точки InSb термофотовольтаические преобразователи GaSb спектральный диапазон фоточувствительность эффективность оптические переходы легирование The influence of radiation absorption in InSb quantum dots (QDs) on the efficiency of GaSb‑based thermophotovoltaic (TPV) elements has been investigated. It is shown that the introduction of QDs significantly expands the spectral range of photosensitivity and increases the efficiency of TPV elements. Analysis of optical transitions in InSb QDs, as well as the dependence of the thermodynamic efficiency of the TPV element on QD size, made it possible to determine the optimal conductivity type, doping level of the matrix material, and select the optimal QD diameter. Исследовано влияние поглощения излучения в квантовых точках (КТ) InSb на эффективность термофотовольтаических (ТФВ) элементов на основе GaSb. Показано, что введение КТ позволяет значительно расширить спектральный диапазон фоточувствительности и повысить эффективность ТФВ-элементов. Анализ оптических переходов в КТ InSb, а также зависимости термодинамической эффективности ТФВ-элемента от размеров КТ позволил определить оптимальный тип проводимости, уровень легирования материала матрицы, а также выбрать оптимальный диаметр КТ. PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers 2003-02-28 Article Article Peer-reviewed Article application/pdf https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2003.1.46 Technology and design in electronic equipment; No. 1 (2003): Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature; 46-48 Технологія та конструювання в електронній апаратурі; № 1 (2003): Технология и конструирование в электронной аппаратуре; 46-48 3083-6549 3083-6530 uk https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2003.1.46/1211 Copyright (c) 2003 E. V. Andronova, E. A. Baganov, A. Yu. Dalechin, A. Yu. Karmanny http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| spellingShingle | квантовые точки InSb термофотовольтаические преобразователи GaSb спектральный диапазон фоточувствительность эффективность оптические переходы легирование Andronova, E. V. Baganov, E. A. Dalechin, A. Yu. Karmanny, A. Yu. Использование квантовых точек InSb в термофотовольтаических преобразователях на основе GaSb |
| title | Использование квантовых точек InSb в термофотовольтаических преобразователях на основе GaSb |
| title_alt | Use of InSb quantum dots in GaSb‑based thermophotovoltaic converters |
| title_full | Использование квантовых точек InSb в термофотовольтаических преобразователях на основе GaSb |
| title_fullStr | Использование квантовых точек InSb в термофотовольтаических преобразователях на основе GaSb |
| title_full_unstemmed | Использование квантовых точек InSb в термофотовольтаических преобразователях на основе GaSb |
| title_short | Использование квантовых точек InSb в термофотовольтаических преобразователях на основе GaSb |
| title_sort | использование квантовых точек insb в термофотовольтаических преобразователях на основе gasb |
| topic | квантовые точки InSb термофотовольтаические преобразователи GaSb спектральный диапазон фоточувствительность эффективность оптические переходы легирование |
| topic_facet | InSb quantum dots thermophotovoltaic converters GaSb spectral range photosensitivity efficiency optical transitions doping квантовые точки InSb термофотовольтаические преобразователи GaSb спектральный диапазон фоточувствительность эффективность оптические переходы легирование |
| url | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2003.1.46 |
| work_keys_str_mv | AT andronovaev useofinsbquantumdotsingasbbasedthermophotovoltaicconverters AT baganovea useofinsbquantumdotsingasbbasedthermophotovoltaicconverters AT dalechinayu useofinsbquantumdotsingasbbasedthermophotovoltaicconverters AT karmannyayu useofinsbquantumdotsingasbbasedthermophotovoltaicconverters AT andronovaev ispolʹzovaniekvantovyhtočekinsbvtermofotovolʹtaičeskihpreobrazovatelâhnaosnovegasb AT baganovea ispolʹzovaniekvantovyhtočekinsbvtermofotovolʹtaičeskihpreobrazovatelâhnaosnovegasb AT dalechinayu ispolʹzovaniekvantovyhtočekinsbvtermofotovolʹtaičeskihpreobrazovatelâhnaosnovegasb AT karmannyayu ispolʹzovaniekvantovyhtočekinsbvtermofotovolʹtaičeskihpreobrazovatelâhnaosnovegasb |