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Advanced Characterization of 1 eV GaInAs Inverted Metamorphic Solar Cells

Publicado en:Energies. 16 (14): 5367- - 2023-07-01 16(14), DOI: 10.3390/en16145367

Autores: Galiana, Beatriz; Navarro, Amalia; Hinojosa, Manuel; Garcia, Ivan; Martin-Martin, Diego; Jimenez, Juan; Garcia-Tabares, Elisa

Afiliaciones

Univ Carlos III Madrid UC3M, Phys Dept, Av Univ 40, Leganes 28911, Spain - Autor o Coautor
Univ Politecn Madrid IES UPM, Solar Energy Inst, Av Complutense S-N, Madrid 28040, Spain - Autor o Coautor
Univ Rey Juan Carlos, Dept 2, C Tulipan S-N, Mostoles 28933, Spain - Autor o Coautor
Univ Valladolid UVA, GdS Optronlab, Paseo Belen 11, Valladolid 47011, Spain - Autor o Coautor

Resumen

In this work, 1 eV Ga0.7In0.3As inverted metamorphic (IMM) solar cells were analyzed to achieve a deeper understanding of the mechanism limiting their improvement. For this purpose, high-resolution X-ray diffraction (HRXRD), transmission electron microscopy (TEM), high-resolution cross-sectional cathodoluminescence (CL), and transient in situ surface reflectance were carried out. Additionally, the photovoltaic responses of the complete devices were measured using the external quantum efficiency (EQE) and numerically simulated through Silvaco TCAD ATLAS. The combination of structural characterization of the semiconductor layers and measurements of the solar cell photovoltaic behavior, together with device modeling, allows us to conclude that the lifetime of the bulk minority carriers is the limiting factor influencing the PV response since the recombination at the interfaces (GaInP window-GaInAs emitter and GaInAs base-GaInP back surface field (BSF)) does not impact the carrier recombination due to the favorable alignment between the conduction and the valance bands. The advanced characterization using cross-sectional cathodoluminescence, together with transient in situ surface reflectance, allowed the rejection of the formation of traps related to the GaInAs growth conditions as being responsible for the decrement in the minority-carrier lifetime. Conversely, the TEM and HRXRD revealed that the presence of misfit dislocations in the GaInAs layer linked to strain relaxation, which were probably formed due to an excessive tensile strain in the virtual substrate or an incorrect combination of alloy compositions in the topmost layers, was the dominant factor influencing the GaInAs layer's quality. These results allow an understanding of the contributions of each characterization technique in the analysis of multi-junction solar cells.

Palabras clave
Carrier lifetimeCathodoluminescenceCell-beCell/b.eCell/beGallium alloysGrowthHigh resolutionHigh resolution transmission electron microscopyHigh resolution xray diffraction (xrd)High-resolution cross-sectional cathodoluminescenceHigh-resolution cross-sectional cathodoluminescence (cl)Iii-v semiconductorsIii/v semiconductorsIndium alloysInverted metamorphic solar cellInverted metamorphic solar cellsPhotovoltaic effectsReflectionSemiconductor alloysSemiconductor junctionsSurface reflectanceTransmission electron microscopyTransmission electron microscopy (tem)TransmissionsX ray diffraction analysis

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista Energies debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia Scopus (SJR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2023, se encontraba en la posición , consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Engineering (Miscellaneous).

Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2025-04-24:

  • El uso, desde el ámbito académico evidenciado por el indicador de la agencia Altmetric referido como agregaciones realizadas por el gestor bibliográfico personal Mendeley, nos da un total de: 7.
  • La utilización de esta aportación en marcadores, bifurcaciones de código, añadidos a listas de favoritos para una lectura recurrente, así como visualizaciones generales, indica que alguien está usando la publicación como base de su trabajo actual. Esto puede ser un indicador destacado de futuras citas más formales y académicas. Tal afirmación es avalada por el resultado del indicador “Capture” que arroja un total de: 6 (PlumX).

Con una intencionalidad más de divulgación y orientada a audiencias más generales podemos observar otras puntuaciones más globales como:

  • El Score total de Altmetric: 0.5.
  • El número de menciones en la red social X (antes Twitter): 1 (Altmetric).

Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

  • El trabajo se ha enviado a una revista cuya política editorial permite la publicación en abierto Open Access.