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Low growth temperature MOCVD InGaP for multi-junction solar cells

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Low growth temperature MOCVD InGaP for multi-junction solar cells

L’articolo pubblicato è un lavoro di collaborazione tra il gruppo di ricerca di fotovoltaico a concentrazione di Piacenza e l’istituto IMEM-CNR di Parma. In esso sono descritti i risultati dello studio delle proprietà strutturali ed elettro-ottiche di layers di InGaP cresciuti per MOCVD alla temperatura di 500 °C, più bassa di quella utilizzata abitualmente. L’utilizzo combinato di tecniche diagnostiche ad alta risoluzione analitica e spaziale ha permesso di confermare la buona qualità dei materiali cresciuti e di evidenziare l’effetto di imperfezioni su scala nanometrica all’interfaccia tra i layers della struttura epitassiale sulle proprietà ottiche dei vari materiali che la compongono.

In view of the realization of high efficiency four-junction solar cells, InGaP layers, lattice matched to InGaAs, and (001) 6° off Ge substrate are grown by low pressure MOCVD at growth temperatures as low as 500 °C. The grown samples are undoped, p-type (doped by Zn) and n-type (doped by Te) materials with thickness around 1μm. The ternary compound composition and structural properties are analysed by High Resolution X-Ray Diffraction and Transmission Electron Microscopy (TEM).

Completely disordered InGaP layers are obtained with a target energy gap above 1.88 eV and a controlled Zn concentration around 1017 cm-3. The interface properties are studied by High Resolution TEM. A nanometric scale waviness is observed at the interface between InGaP and InGaAs and it is correlated to the step bunching of the substrate offcut.

In addition to this, HRTEM shows a 2-3 nm thin layer originated by atomic interdiffusion between the As- and the P- based compounds. The difference in composition of this interdiffusion layer is demonstrated by depth resolved Cathodoluminescence (CL), which reveals – approaching the InGaP/InGaAs interface, a blue shift of the InGaP related peak and the appearance of a new CL emission band ascribed to a quaternary InGaAsP compound.

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