vestnik Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation 1729-5459 Кубанский государственный университет RU 1107 10.31429/vestnik-22-3-56-61 Научная статья Original article Физика Physics Фотоэлектрические характеристики термофотоэлектрических преобразователей n–InAs/n–GaInPSbAs/p–GaInPSbAs Photovoltaic characteristics of n–InAs/n–GaInPSbAs/p–GaInPSbAs thermophotovoltaic converters https://orcid.org/0000-0002-9900-3767 Лунина М.Л. Лунина Марина Леонидовна Lunina Marina L. marluna14@mail.ru

канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физики и технологии полупроводниковых наногетероструктур для СВЧ-электроники и фотоники Южного научного центра РАН

PhD in Physics and Mathematics, Associate Professor of the Department of Physics and Photonics of the Platov South-Russian State Polytechnic University; Leading Researcher of the Laboratory of Physics and Technology of Semiconductor Nanoheterostructures for Microwave Electronics and Photonics of the South-Russian Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

 https://orcid.org/0000-0002-5534-9694 Лунин Л.С. Лунин Леонид Сергеевич Lunin Leonid S. lunin_ls@mail.ru

д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры физики и фотоники Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) им. М.И. Платова, главный научный сотрудник лаборатории физики и технологии полупроводниковых наногетероструктур для СВЧ-электроникии фотоники Южного научного центра РАН

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor of the Department of Physics and Photonics of the Platov South-Russian State Polytechnic University

 https://orcid.org/0000-0002-0548-9517 Донская А.В. Донская Алина Валентиновна Donskaya Alina V. alina_donskaya.8@mail.ru

аспирант Института фундаментального инженерного образования, ассистент кафедры физики и фотоники Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) им. М.И. Платова

Associate of the Department of Physics and Photonics of the Platov South-Russian State Polytechnic University

 Федеральный исследовательский центр Южный научный центр РАНFederal Research Center Southern Scientific Center of the Russian Academy of Sciences Федеральный исследовательский центр Южный научный центр РАН; Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. ПлатоваFederal Research Center Southern Scientific Center of the Russian Academy of Sciences; Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI) Южно-Российский государственный политехнический университет имени М.И. Платова, НовочеркасскPlatov South-Russian State Polytechnic University (NPI) 22 09 2025 22 3 56 61 07 06 2025 21 07 2025 22 09 2025 Copyright (c) 2025 Лунина М.Л., Лунин Л.С., Донская А.В. 2025 Лунина М.Л., Лунин Л.С., Донская А.В. Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

This study investigates the photovoltaic characteristics of thermophotovoltaic (TPV) converters based on n–InAs/n–GaInPSbAs/p–GaInPSbAs heterostructures, focusing on the impact of dislocation density on their performance. The research aims to enhance the efficiency of TPV converters operating in the spectral range of 0.5–2.5 µm by employing five-component GaInPSbAs solid solutions as the active region.

The heterostructures were grown using zone recrystallization with a temperature gradient, ensuring high crystalline perfection and lattice matching with InAs substrates. Theoretical analysis included calculations of bandgap energy, lattice parameters, and spinodal decomposition regions, while experimental work involved the synthesis of epitaxial layers and characterization of their structural and optoelectronic properties.

Key findings reveal that lattice-matched GaInPSbAs layers with low dislocation densities (7·103 cm⁻2) exhibit superior photovoltaic performance, achieving an external quantum yield of 0.85, an open-circuit voltage of 0.35 V, and a fill factor of 60%. In contrast, mismatched layers with higher dislocation densities (1·105 cm⁻2) demonstrate degraded electrical characteristics. The study highlights the critical role of parameter minimizing lattices mismatch and dislocation densities to optimize TPV converter efficiency.

Приводятся результаты исследований, направленные на создание методом зонной перекристаллизации градиентом температуры (ЗПГТ) высокоэффективных термоэлектрических преобразователей n–InAs/n–GaInPSbAs/p–GaInPSbAs/p–AlGaAsSb, работающих в спектральном диапазоне 0,5–2,5 мкм. Использование пятикомпонентных твердых растворов GaInPSbAs в качестве активной области термофотоэлектрических (ТФЭ) преобразователей позволяет оценить путем изменения концентрации компонентов влияние плотности дислокаций несоответствия на оптические и спектральные характеристики ТФЭ-преобразователей: внешний квантовый выход, напряжение холостого хода Uxx, фактора заполнения FF и плотность тока короткого замыкания j.

 плотность дислокаций напряжение холостого хода фактор заполнения плотность тока dislocation density closed-circuit voltage fill factor current density Работа выполнена в рамках государственных заданий ФИЦ ЮНЦ РАН №125011200142-7, а также в рамках инициативной НИР ЮРГПУ(НПИ) №ПЗ-392. The work was carried out within the framework of state assignments of the Federal Research Center of the Southern Scientific Center of the Russian Academy of Sciences no. 125011200142-7, as well as within the framework of the initiative research work of the Platov Polytechnical University (NPI) no. PZ-392. Andreev, V.M., Khvostikov, V.P., Larionov, V.R., Rumyantsev, V.D., Sorokina, S.V., Shvarts, M.Z., Vasil'ev, V.I., Vlasov, A.S., Tandem GaSb/InGaAsSb thermophotovoltaic cells. Proc. of the 1997 IEEE 26th Photovoltaic Specialists Conference, 1997, pp. 935–938. URL: https://www.academia.edu/51362352/Tandem_GaSb_InGaAsSb_thermophotovoltaic_cells Ferrari, C., Melino, S., Pinelli, M., Spina, P.R., Venturini, M., Overview and status of thermophotovoltaic systems. Energy Procedia, 2014, vol. 45, pp. 160–169. DOI: 10.1016/j.egypro.2014.01.018 Krishtopenko, S.S., Ruffenach, S., Gonzalez-Posada, F., Boissier, G., Marcinkiewicz, M., Fadeev, M.A., Kadykov, A.M., Rumyantsev, V.V., Morozov, S.V., Gavrilenko, V.I., Consejo, C., Desrat, W., Jouault, B., Knap, W., Tournié, E., Teppe, F., Temperature-dependent terahertz spectroscopy of inverted-band three-layer InAs/GaSb/InAs quantum well. Phys. Rev. B, 2018, vol. 97, no. 24, pp. 245419-1–245419-8. DOI: 10.1103/PhysRevB.97.245419 Алфимова, Д.Л., Лунин, Л.С., Лунина, М.Л., Выращивание и свойства твердых растворов GayIn1-yPzAs1-x-zBix на подложках GaP. Неорганические материалы, 2014, т. 50, №2, с. 127–133. DOI: 10.7868/s0002337x14020018 Лозовский, В.Н., Лунин, Л.С., Аскарян, Т.А., Метод расчета изопараметрических составов и ширины запрещенной зоны в пятикомпонентных твердых растворах на основе соединений A3B5. Изв. вузов. Сер. физ., 1989, т. 32, №7, с. 41–47. Лозовский, В.Н., Лунин, Л.С., Пятикомпонентные твердые растворы соединений AIIIBV (новые материалы оптоэлектроники). СКНЦ ВШ, Ростов-на-Дону, 1992. Дейбук, В.Г., Термодинамическая устойчивость эпитаксиальных пленок GaInSb, InAsSb, GaInP. Физика и техника полупроводников, 2003, т. 37, № 10, с. 1179–1183.