Scaling Models of Electrical Properties of Photo- and Beta-Converters with Nano-Heterojunctions

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The new methodology is developed and the computer simulation of scaling the electrical properties of nanochips-generators of a semiconductor energy converter based on nanoscale contact heterojunctions to ensure maximum power is considered. The variant of optimization of the scaling solution is represented by the connection of nanoheterojunctions with an increase in the current density of nonequilibrium carriers and the open circuit voltage. A generalized equivalent scheme for variations of internal properties and identification of experimental data is presented. The influence of the type of scaling and model parameters is analyzed.

About the authors

Mikhail V. Dolgopolov

Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev; Samara State Technical University

Email: mikhaildolgopolov68@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8725-7831

Candidate of Physics and Mathematics, Associate Professor; associate professor at the Department of Higher Mathematics of the Samara State Technical University; Head of the Joint Research Laboratory of Mathematical Physics (NIL-319) of the Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev

Russian Federation, Samara; Samara

Maksim V. Elisov

Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev

Email: maksimelisov2003@gmail.com
ORCID iD: 0009-0001-3097-2703

student at the Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev

Russian Federation, Samara

Sali A. Rajapov

Institute of Physics and Technology of the Scientific and Production Association “Physics-Sun” of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan

Email: rsafti@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4615-027X

Doctor of Physics and Mathematics; Chief Researcher of the Semiconductor High-sensitivity Sensors Laboratory of the Institute of Physics and Technology of the Scientific and Production Association “Physics-Sun” of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan

Uzbekistan, Tashkent

Alexander S. Chipura

Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev

Author for correspondence.
Email: al_five@mail.ru
ORCID iD: 0009-0004-0425-0653

student at the Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev

Russian Federation, Samara

References

  1. Imamov E.Z., Muminov R.A., Rakhimov R.Kh. Analysis of the efficiency of a solar cell with nano-dimensional hetero transitions. Computational Nanotechnology. 2021. Vol. 8. No. 4. Pp. 42–50. (In Rus.)
  2. Haken H. Synergetics. Berlin-Heidelberg: Springer, 1977.
  3. Shchukin V.A., Ledentsov N.N., Kopev P.S., Bimberg D. Spontaneous ordering of arrays of coherent strained islands. Phys. Rev. Lett. 1995. Vol. 75. No. 16. Pp. 2968–2971.
  4. Ledentsov N.N., Ustinov V.M., Ivanov S.V. et al. Ordered quantum-dot arrays in semiconducting matrices. Uspekhi fizicheskikh nauk. 1996. No. 39. Pp. 393–398.
  5. Imamov E.Z., Muminov R.A., Rakhimov R.Kh. et al. Modeling of the electrical properties of a solar cell with many nano-hetero junctions. Computational Nanotechnology. 2022. Vol. 9. No. 4. Pp. 70–77. (In Rus.)
  6. Chepurnov V.I., Radzhapov S.A., Dolgopolov M.V. et al. Efficiency determination problems for SiC*/Si microstructures and contact formation. Computational Nanotechnology. 2021. No. 3. Pp. 59–68. (In Rus.)
  7. Chepurnov V.I., Puzyrnaya G.V., Gurskaya A.V. et al. Experimental investigation of semiconductor structures of the power source based on carbon-14. Physics of Wave Processes and Radio Engineering Systems. 2019. Vol. 22. № 3. Pp. 55–67. (In Rus.)
  8. Physics of semiconductor converters / Acad. of the Russian Academy of Sciences, Prof. A.N. Saburov, Corr. Member, Tatarstan Academy of Sciences, Prof. S.V. Bulyansky (eds.). Moscow: RAS, 2018. 280 p.
  9. Radzhapov S.A., Rakhimov R.Kh., Dzhanklich M. et al. Semiconductor nuclear radiation detectors on the basis of heterojunction structures of Al–αGe–pSi–Au for measurement of low intensive ionizing radiations. Computational Nanotechnology. 2018. No. 3. Pp. 65–67.
  10. Akimchenko A., Chepurnov V., Dolgopolov M. et al. Betavoltaic device in por-SiC/Si C-Nuclear Energy Converter. EPJ Web of Conferences. 2017. Vol. 158.
  11. Tsoi B. Patent in the Eurasian Patent Office. EP2405487 A1. 30.08.2012.
  12. Tsoi B. Patent in the World Intellectual Property Organization. № WO 2011/040838 A2 04.07.2011.
  13. Pikus G.E. Fundamentals of the theory of semiconductor devices. Moscow: Nauka, 1965. 448 p.
  14. Rawa M., Calasan M., Abusorrah A. et al. Single diode solar cells–improved model and exact current–voltage analytical solution based on Lambert’s W function. Sensors. 2022. No. 22. P. 4173.
  15. Gurskaya A.V., Dolgopolov M.V., Rajapov S.A., Chepurnov V.I. Contacts for SiC nano-microwatt energy converters. Moscow University Physics Bulletin. 2023. No. 1.
  16. Gurskaya A.V., Chepurnov V.I., Latukhina N.V., Dolgopolov M.V. Method for obtaining a porous layer of Silicon Carbide heterostructure on a Silicon Substrate. Patent of the Russian Federation No. 2653398 publ. 24.01.2018. Byul. No. 3, priority 19.07.2016.
  17. Dolgopolov M.V., Surnin O.L., Chepurnov V.I. Device for generating electric current by converting the energy of radiochemical beta decay of C-14. Patent of the Russian Federation No. 2714690 publ. 19.02.2020. Byul. No. 5.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Equivalent circuit of parallel connected semiconductor converters with nanoscale heterojunctions

Download (38KB)
3. Fig. 2. I-V curves for one-, two- and three-diode models

Download (83KB)
4. Fig. 3. Scaling scheme for semiconductor converter with nanoheterojunctions.

Download (51KB)
5. Fig. 4. Zone energy diagram of the stack

Download (65KB)
6. Fig. 5. I-V curves graphs for general equivalent one-three-diode circuits of a photovoltaic element with NHJ and effective resistances on a logarithmic scale along the vertical axis of the current

Download (268KB)
7. Fig. 6. I-V and P-V curves for common equivalent one-three-diode circuits

Download (115KB)


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».