Group IV Mid-Infrared Thermophotovoltaic Cells on Silicon
Notice bibliographique
Résumé
Compound semiconductors have been the predominant building blocks for the current mid-infrared thermophotovoltaic devices relevant to sub-2000 K heat conversion and power beaming. However, the prohibitively high cost associated with these technologies limits their broad adoption. Herein, to alleviate this challenge we introduce an all-group IV mid-infrared cell consisting of GeSn alloy directly on a silicon wafer. This emerging class of semiconductors provides strain and composition as degrees of freedom to control the bandgap energy thus covering the entire mid-infrared range. The proposed thermophotovoltaic device is composed of a fully relaxed Ge$_{0.83}$Sn$_{0.17}$ double heterostructure corresponding to a bandgap energy of 0.29 eV. A theoretical framework is derived to evaluate cell performance under high injection. The black-body radiation absorption is investigated using the generalized transfer matrix method thereby considering the mixed coherent/incoherent layer stacking. Moreover, the intrinsic recombination mechanisms and their importance in a narrow bandgap semiconductor were also taken into account. In this regard, the parabolic band approximation and Fermi's golden rule were combined for an accurate estimation of the radiative recombination rate. Based on these analyses, power conversion efficiencies of up to 9% are predicted for Ge$_{0.83}$Sn$_{0.17}$ thermophotovoltaic cells under black-body radiation at temperatures in the 500-1500 K range. A slight improvement in the efficiency is observed under the frontside illumination but vanishes below 800 K, while the use of a backside reflector improves the efficiency across the investigated black-body temperature range. The effects of the heterostructure thickness, surface recombination velocity, and carrier lifetime are also elucidated and discussed.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».