Two-photon photovoltaic effect
ಎರಡು-ಫೋಟಾನ್ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತೀಕ ಪರಿಣಾಮವು (ಟಿಪಿಪಿ ಪರಿಣಾಮ) ಎರಡು-ಫೋಟಾನ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯನ್ನು (ಟಿಪಿಎ) ಆಧರಿಸಿದ ಶಕ್ತಿ ಸಂಗ್ರಹಣಾ ವಿಧಾನವಾಗಿದೆ. ಟಿಪಿಪಿ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿನ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ತೀವ್ರತೆಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತೀಕ ಪರಿಣಾಮಕ್ಕೆ ರೇಖಾತ್ಮಕವಲ್ಲದ ಸಮಾನವೆಂದು ಭಾವಿಸಬಹುದು. ಒಂದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಎರಡು ಫೋಟಾನ್ಗಳನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಾಗ ಈ ಪರಿಣಾಮವು ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್-ಹೋಲ್ ಜೋಡಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ. ಹಿನ್ನೆಲೆ ಟಿಪಿಎ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಬೆಳಕಿನ ತೀವ್ರತೆಗಳಲ್ಲಿ ರೇಖೀಯ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಗಿಂತ ದುರ್ಬಲ ಪ್ರಮಾಣದ ಹಲವಾರು ಕ್ರಮಗಳು. ಇದು ರೇಖೀಯ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯಿಂದ ಭಿನ್ನವಾಗಿದೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಟಿಪಿಎ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಪರಿವರ್ತನೆಯ ಪ್ರಮಾಣವು ಬೆಳಕಿನ ತೀವ್ರತೆಯ ವರ್ಗವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಇದು ರೇಖಾತ್ಮಕವಲ್ಲದ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ತೀವ್ರತೆಗಳಲ್ಲಿ ರೇಖೀಯ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯ ಮೇಲೆ ಪ್ರಾಬಲ್ಯ ಸಾಧಿಸುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಹೆಚ್ಚಿನ ತೀವ್ರತೆಗಳೊಂದಿಗೆ ವ್ಯವಹರಿಸುವಾಗ ಕೆರ್ ಮತ್ತು ರಾಮನ್ ಪರಿಣಾಮಗಳಂತಹ ರೇಖಾತ್ಮಕವಲ್ಲದ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಅರೆವಾಹಕ ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿ ಟಿಪಿಎಯಿಂದ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರಸರಣ ಮತ್ತು ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಮುಕ್ತ ವಾಹಕ ಚದುರುವಿಕೆಯು ಹಾನಿಕಾರಕ ಸಮಸ್ಯೆಗಳಾಗಿವೆ. ಇಂಧನ ದಕ್ಷತೆಯ ಮೇಲಿನ ಈ ದ್ವಿಗುಣ ಬಿಕ್ಕಟ್ಟಿಗೆ ಸಂಭಾವ್ಯ ಪರಿಹಾರವಾಗಿ ಟಿಪಿಪಿ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲಾಗಿದೆ. ಈ ಹಿಂದೆ ಈ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಕೆಲವು ಸುಧಾರಣೆಗಳು ಮತ್ತು ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ತನಿಖೆಗಳನ್ನು ಮಾಡಲಾಗಿದ್ದರೂ, ಪರಿಣಾಮದ ದೃಢವಾದ ಅನ್ವಯವನ್ನು ಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ 2006 ರಲ್ಲಿ ಸಿಲಿಕಾನ್ನಲ್ಲಿ ಬಹ್ರಾಮ್ ಜಲಾಲಿ ಮತ್ತು ಸಹೋದ್ಯೋಗಿಗಳು ಸಂಖ್ಯಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಮತ್ತು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ವಿಶ್ಲೇಷಿಸಿದರು. ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ಟಿಪಿಪಿ ಪರಿಣಾಮ ಸಾಧನಗಳು ಪಾರ್ಶ್ವದ ಪಿ-ಎನ್ ಜಂಕ್ಷನ್ ಡಯೋಡ್ಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ತರಂಗ ಮಾರ್ಗದರ್ಶಿಗಳನ್ನು ಆಧರಿಸಿವೆ, ಇದರಲ್ಲಿ ಜಂಕ್ಷನ್ x-y ಅಡ್ಡ-ವಿಭಾಗಕ್ಕೆ ಲಂಬವಾಗಿರುವ ಝಡ್-ದಿಕ್ಕಿನ ಉದ್ದಕ್ಕೂ ಟಿಪಿಎ ಮತ್ತು ಫ್ರೀ-ಕ್ಯಾರಿಯರ್ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ (ಎಫ್ಸಿಎ) ಕಾರಣ ಪಂಪ್ ಶಕ್ತಿಯು ರೇಖಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಕಳೆದುಹೋಗುತ್ತದೆ. ಕಪಲ್ಡ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಇಂಟೆನ್ಸಿಟಿಯನ್ನು ಈ ಕೆಳಗಿನ ಸಮೀಕರಣದಿಂದ ನಿಯಂತ್ರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆಃ ಇಲ್ಲಿಃ ರೇಖೀಯ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಗುಣಾಂಕ; ಟಿಪಿಎ ಗುಣಾಂಕ; ಮತ್ತು ಇದನ್ನು ಎಫ್ಸಿಎ ಗುಣಾಂಕ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದನ್ನು ಸೊರೆಫ್ನ ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿಯಿಂದ ನೀಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ವಾಹಕ ಫೋಟೊಜೆನರೇಶನ್ ದರವನ್ನು ಹೀಗೆ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾಗಿದೆಃ ಫೋಟಾನ್ನ ಶಕ್ತಿಯು ಎಲ್ಲಿದೆ ಮತ್ತು ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಎರಡು ಫೋಟಾನ್ಗಳು ಒಳಗೊಂಡಿರುವುದು ಇದಕ್ಕೆ ಕಾರಣ. ಪ್ರತಿ ಯೂನಿಟ್ ಉದ್ದಕ್ಕೆ ಫೋಟೋಕರೆಂಟ್ಃ, ತರಂಗ ಮಾರ್ಗದರ್ಶಿಯ ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಪ್ರದೇಶ ಎಲ್ಲಿದೆ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಚಾರ್ಜ್ ಆಗಿದೆ. ಉದ್ದದ ತರಂಗ ಮಾರ್ಗದರ್ಶಿಗಾಗಿ, ನಾವು ಕಪಲ್ಡ್ ಪಂಪ್ ಇಂಟೆನ್ಸಿಟಿ ಎಂದು ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸುತ್ತೇವೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ನಾವು ಈ ಕೆಳಗಿನ ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿಯನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತೇವೆಃ ಈ ಕೊನೆಯ ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿಯನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಉದ್ದ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೈಬರ್ಗಳಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾದ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಯ ಉದ್ದಕ್ಕೆ ಸಮಾನವಾದ ರೇಖಾತ್ಮಕವಲ್ಲದ ಉದ್ದವಾಗಿದೆ. ವಾಹಕ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ಮತ್ತು ಒಟ್ಟು ಪ್ರವಾಹಕ್ಕೆ ಮರುಸಂಯೋಜನೆಯ ಕೊಡುಗೆಯನ್ನು ಸಹ ಪರಿಗಣಿಸಬೇಕಾಗಿದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಒಟ್ಟು ದ್ಯುತಿ ಡಯಾಡ್ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಹೀಗೆ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಲಾಗುತ್ತದೆಃ ಶಾಕ್ಲಿ ಸಮೀಕರಣವು ಆದರ್ಶೀಕರಿಸಿದ ಡಯೋಡ್ನ ಐ-ವಿ (ಪ್ರವಾಹ-ವೋಲ್ಟೇಜ್) ಲಕ್ಷಣವನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆಃ ಇದರ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು ರಿವರ್ಸ್ ಬಯಾಸ್ ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ಪ್ರವಾಹ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇದನ್ನು ಹೀಗೆ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾಗಿದೆಃ ಎಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾಗಿದೆ. 1 ಮತ್ತು ಉಳಿದ ನಿಯತಾಂಕಗಳು ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಸಾಧನಗಳ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ಉಲ್ಲೇಖದಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾದ ಸಾಮಾನ್ಯ ಅರ್ಥವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಶಾಕ್ಲಿ ಸಮೀಕರಣವು ಮಾನ್ಯವಾಗಿದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಪಿ-ಎನ್ ಡಯೋಡ್ನಲ್ಲಿ ಎನ್ ಮತ್ತು ಪಿ ಡೋಪ್ಡ್ ಪ್ರದೇಶಗಳಲ್ಲಿ ಫೋಟೋಜೆನರೇಶನ್ ಅತ್ಯಲ್ಪವಾಗಿದೆ. ಇದು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಸೌರ ಕೋಶ ಸಿದ್ಧಾಂತಕ್ಕೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿದೆ, ಅಲ್ಲಿ ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ ಫೋಟೋಜೆನರೇಶನ್ ಪ್ರಧಾನವಾಗಿ ಎನ್ ಮತ್ತು ಪಿ ಡೋಪ್ಡ್ ಪ್ರದೇಶಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ. 2. ಪಿನ್ ರಚನೆಯಿಂದಾಗಿ (ಚಿತ್ರ 2) ನಾವು ಶಾಕ್ಲಿ-ರೀಡ್-ಹಾಲ್ ಮರುಸಂಯೋಜನೆಯಿಂದ ಅಂದಾಜು ಮಾಡಲಾದ ಮರುಸಂಯೋಜನೆಯ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಗಣನೆಗೆ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಬೇಕುಃ ಇಲ್ಲಿ Fig.1 ನಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾಗಿದೆ, ಇದು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾದ ವಾಹಕ ಸಾಂದ್ರತೆಯಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮತ್ತು ಹೋಲ್ ಬೃಹತ್ ಮರುಸಂಯೋಜನೆಯ ಜೀವಿತಾವಧಿಯಾಗಿದೆ. ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ, ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರಸರಣವು ಪ್ರತಿರೋಧಕ ಅಂಶಗಳಿಂದಾಗಿ ಶಕ್ತಿಯು ಕಳೆದುಹೋಗುವ ದರವನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇದನ್ನು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕವಾಗಿ ಈ ಕೆಳಗಿನಂತೆ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾಗಿದೆಃ ನಾವು ಈಗ ಸಂಗ್ರಹ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸುತ್ತೇವೆ, ಇದು ಟಿಪಿಎ ಸೇವಿಸುವ ವಾಹಕಗಳು/ಫೋಟಾನ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಃ ಇದು ಆಂಪ್ಲಿಫೈಯರ್ಗಳು ಮತ್ತು ತರಂಗಾಂತರ ಪರಿವರ್ತಕಗಳಂತಹ ಸಾಧನಗಳಿಗೆ ಸೂಕ್ತವಾಗಿದೆ, ಅಲ್ಲಿ ಶಕ್ತಿಯ ಕೊಯ್ಲು ಉಪಯುಕ್ತ ಉಪಉತ್ಪನ್ನವಾಗಿದೆ ಆದರೆ ಸಾಧನದ ಮುಖ್ಯ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯಲ್ಲ. ಟಿಪಿಪಿ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತೀಕ ಕೋಶದಲ್ಲಿ ಬಳಸಲು ಉದ್ದೇಶಿಸಿದ್ದರೆ, ವಿದ್ಯುತ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸಬೇಕು. ಮೊದಲನೆಯದಾಗಿ, ಬಾಹ್ಯ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಹೀಗೆ ನೀಡಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ತರಂಗ ಮಾರ್ಗದರ್ಶಿಗೆ ಬೆಳಕನ್ನು ಜೋಡಿಸುವ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇದನ್ನು ಅಂದಾಜು ಮಾಡಬಹುದುಃ ಅಂತಿಮವಾಗಿ, ವಿದ್ಯುತ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಹೀಗೆ ನೀಡಲಾಗುತ್ತದೆಃ ಮಧ್ಯಂತರ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಸೌರ ಕೋಶಗಳು ಅರೆವಾಹಕದ ವೇಲೆನ್ಸ್ (ವಿಬಿ) ಮತ್ತು ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ (ಸಿಬಿ) ನಡುವಿನ ಒಂದು-ಫೋಟಾನ್ ಪರಿವರ್ತನೆಗಳನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿವೆ. ಬ್ಯಾಂಡ್ಗ್ಯಾಪ್ನಲ್ಲಿ ಮಧ್ಯಂತರ ಸ್ಥಿತಿಯ ಬಳಕೆಯನ್ನು ಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ 1997 ರಲ್ಲಿ ಲುಕ್ ಮತ್ತು ಮಾರ್ಟಿಯವರು ವಿವರಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಸೌರ ಕೋಶದ ಬ್ಯಾಂಡ್ ರೇಖಾಚಿತ್ರಕ್ಕೆ ಮಧ್ಯಂತರ ಮಟ್ಟವನ್ನು ಸೇರಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ದಕ್ಷತೆಯ ಮಿತಿಯನ್ನು ಶಾಕ್ಲಿ-ಕ್ವೀಸರ್ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಮೀರಿ ಸುಧಾರಿಸಬಹುದು ಎಂದು ಅವರು ತೋರಿಸಿದರು. ಉಪ-ಬ್ಯಾಂಡ್ಗ್ಯಾಪ್ ಫೋಟಾನ್ಗಳನ್ನು ಸೆರೆಹಿಡಿಯುವ ಮೂಲಕ ಈ ಸುಧಾರಣೆ ಸಾಧ್ಯ. ಮಧ್ಯಂತರ ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯು ಅಂತಹ ಫೋಟಾನ್ಗಳ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಗೆ ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ, ಇದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್-ಹೋಲ್ ಜೋಡಿಗಳ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ, ನೇರ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಪರಿವರ್ತನೆಗಳಿಂದ ರಚಿಸಲ್ಪಟ್ಟವುಗಳಿಗೆ ಸೇರಿಸುತ್ತದೆ. ಎರಡು ಸ್ವತಂತ್ರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಪ್ರಚೋದನೆಗಳಲ್ಲಿ, ಫೋಟಾನ್ಗಳನ್ನು ವೇಲೆನ್ಸ್ (ವಿಬಿ) ನಿಂದ ಇಂಟರ್ಮೀಡಿಯೆಟ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ (ಐಬಿ) ಮತ್ತು ಇಂಟರ್ಮೀಡಿಯೆಟ್ (ಐಬಿ) ನಿಂದ ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ (ವಿಬಿ) ಗೆ ಪರಿವರ್ತನೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲಾಗುತ್ತದೆ. ಸೂಕ್ತವಾದ ಫಲಿತಾಂಶಗಳನ್ನು ಸಾಧಿಸುವ ಸಲುವಾಗಿ, ಯಾವುದೇ ಸಾಧನಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಸೂಕ್ತವೆಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಸಂಬಂಧಿತ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಅನಂತ ವಾಹಕ ಚಲನಶೀಲತೆ, ಅಪೇಕ್ಷಿತ ಫೋಟಾನ್ಗಳ ಸಂಪೂರ್ಣ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ದಾನ ಮಾಡಲು ಮತ್ತು ಸ್ವೀಕರಿಸಲು ಐಬಿ ಭಾಗಶಃ ತುಂಬುವುದು ಮತ್ತು ಐಬಿ ಯಿಂದ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಹೊರತೆಗೆಯುವ ಸಾಧ್ಯತೆಯಿಲ್ಲ. ಈ ಚೌಕಟ್ಟಿನೊಳಗೆ, ಮಧ್ಯಂತರ-ಬ್ಯಾಂಡ್ ಸೌರ ಕೋಶದ (ಐಬಿಎಸ್ಸಿ) ಸೀಮಿತಗೊಳಿಸುವ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು 63.1% ಎಂದು ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕಲಾಗಿದೆ. ಮಧ್ಯಂತರ ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯು ಹಲವಾರು ತಂತ್ರಗಳ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿರಬಹುದು, ಆದರೆ ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಸ್ಫಟಿಕದ ರಚನೆಯಲ್ಲಿ ಕಲ್ಮಶಗಳ ಪರಿಚಯವಾಗಿದೆ. ಅನೇಕ ಅಪರೂಪದ-ಭೂಮಿಯ ಅಂಶಗಳು ಈ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುವಿನಲ್ಲಿ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳ ನಡುವೆ ಅಗತ್ಯವಾದ ಸ್ಥಿತಿಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದು ತಿಳಿದುಬಂದಿದೆ. ಅಂತಹ ಕಲ್ಮಶಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದು ಮಧ್ಯಂತರ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅನ್ನು ರೂಪಿಸುವ ಸಾಧ್ಯತೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ, ಇದನ್ನು Gaas ಮಿಶ್ರಲೋಹಗಳಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಡಾಟ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಬಳಕೆಯು ಒಂದು ಆಸಕ್ತಿದಾಯಕ ಪರ್ಯಾಯವಾಗಿದೆ. ಬಯಸಿದ ಸೀಮಿತ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಪ್ರಚೋದಿಸುವ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಡಾಟ್ ರಚನೆಯ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಸೇರಿಸಲು ಸೌರ ಕೋಶವನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಬಹುದು. 2001ರಲ್ಲಿ, ಮಾರ್ಟಿ ಮತ್ತು ಇತರರು. ಅರ್ಧ ತುಂಬಿದ ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಪೂರೈಸಲು ಕಾರ್ಯಸಾಧ್ಯವಾದ ವಿಧಾನವನ್ನು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದರು. ಅಂತಹ ಅಪೇಕ್ಷಿತ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಮತ್ತು ಅಂತಹ ವಸ್ತುಗಳ ಸಂಶ್ಲೇಷಣೆಯನ್ನು ಯಾವ ವಸ್ತುಗಳು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತವೆ ಎಂಬುದರ ಕುರಿತು ಇನ್ನೂ ಸಕ್ರಿಯ ಸಂಶೋಧನೆ ಇದೆ. ಐಬಿಎಸ್ಸಿ ಸಾಧನದ ಮೂಲಭೂತ ಕಾರ್ಯಗಳು ಫೋಟೋಕರೆಂಟ್ನ ಉತ್ಪಾದನೆಯಲ್ಲಿ ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿವೆ ಎಂದು ಮಾರ್ಟಿ ಮತ್ತು ಇತರರು ಮೊದಲು ಸಾಬೀತಾಯಿತು. 2006ರಲ್ಲಿ. ಸ್ಫಟಿಕದ ರಚನೆಯಲ್ಲಿ ಕಲ್ಮಶಗಳನ್ನು ("ಡೋಪಿಂಗ್") ಪರಿಚಯಿಸುವ ಮೂಲಕ ಅವುಗಳ ವಾಹಕ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಉಪಯುಕ್ತ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಬದಲಾಯಿಸಬಹುದು ಎಂಬ ಅಂಶದಿಂದಾಗಿ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುಗಳು ತುಂಬಾ ಪ್ರಸ್ತುತವಾಗಿವೆ. ಒಂದೇ ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ಎರಡು ವಿಭಿನ್ನ-ಡೋಪ್ಡ್ ಪ್ರದೇಶಗಳು ಇರುವಲ್ಲಿ, ಅರೆವಾಹಕ ಜಂಕ್ಷನ್ ಅನ್ನು ರಚಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಜಂಕ್ಷನ್ಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯು ಡಯೋಡ್ಗಳು, ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ಗಳು ಮತ್ತು ಎಲ್ಲಾ ಆಧುನಿಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ಗಳಿಗೆ ಆಧಾರವಾಗಿದೆ. ಸಿಲಿಕಾನ್, ಜರ್ಮೇನಿಯಂ, ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಆರ್ಸೆನೈಡ್ಗಳು ಅರೆವಾಹಕಗಳ ಉದಾಹರಣೆಗಳಾಗಿವೆ. ಸಿಲಿಕಾನ್ನ ನಂತರ, ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಆರ್ಸೆನೈಡ್ ಎರಡನೇ ಅತ್ಯಂತ ಸಾಮಾನ್ಯ ಅರೆವಾಹಕವಾಗಿದೆ. ಬಲವಾದ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಉತ್ಪಾದನಾ ಮೂಲಸೌಕರ್ಯದ ಲಾಭವನ್ನು ಪಡೆಯುವ ಮೂಲಕ ಕಡಿಮೆ ವೆಚ್ಚದ ಫೋಟಾನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ರಚಿಸುವ ಬಯಕೆಯಿಂದಾಗಿ 1980ರ ದಶಕದ ಕೊನೆಯಲ್ಲಿ ಮತ್ತು 1990ರ ದಶಕದ ಆರಂಭದಲ್ಲಿ ಸೋರೆಫ್ ಮತ್ತು ಪೀಟರ್ಮ್ಯಾನ್ನ ಪ್ರವರ್ತಕ ಕೃತಿಗಳಿಂದ ಸಿಲಿಕಾನ್ (ಸಿ) ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ಅನ್ನು ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲಾಗಿದೆ. ಸಿಲಿಕಾನ್ ವೇಫರ್ಗಳು ಕಡಿಮೆ ವೆಚ್ಚವನ್ನು (ಪ್ರತಿ ಯುನಿಟ್ ಪ್ರದೇಶಕ್ಕೆ) ಮತ್ತು ಯಾವುದೇ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ವಸ್ತುಗಳ ಅತ್ಯುನ್ನತ ಸ್ಫಟಿಕ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ನ ಪ್ರಕರಣವು ಇನ್ನೂ ಪ್ರಬಲವಾಗಿದೆ. ಸಿಲಿಕಾನ್ ಫೋಟಾನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರಮುಖವಾದ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ವಸ್ತು ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆಃ ಹೆಚ್ಚಿನ ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆ (GaA ಗಿಂತ ~ 10x ಹೆಚ್ಚು), ಹೆಚ್ಚಿನ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಹಾನಿಯ ಮಿತಿ (GaA ಗಿಂತ ~ 10x ಹೆಚ್ಚು), ಹೆಚ್ಚಿನ ಮೂರನೇ ಕ್ರಮಾಂಕದ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ನಾನ್ಲೀನಿಯಾರಿಟಿಗಳು. ಸಿಲಿಕಾನ್ (n = 3.45) ಮತ್ತು SiO2 (n = 1.45) ನಡುವಿನ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸೂಚ್ಯಂಕದ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಫೋಟಾನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ನೂರಾರು ನ್ಯಾನೊಮೀಟರ್ ಮಟ್ಟಕ್ಕೆ ಅಳೆಯಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗಿಸುತ್ತದೆ. ಐಸಿ ಸಂಸ್ಕರಣೆಯೊಂದಿಗೆ ನಿಜವಾದ ಹೊಂದಾಣಿಕೆಗೆ ಅಂತಹ ಪಾರ್ಶ್ವ ಮತ್ತು ಲಂಬ ಆಯಾಮಗಳು ಬೇಕಾಗುತ್ತವೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ದೊಡ್ಡ ಸೂಚ್ಯಂಕದ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತತೆಯಿಂದ (Si ಮತ್ತು SiO2 ನಡುವೆ) ಉಂಟಾಗುವ ಹೆಚ್ಚಿನ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ತೀವ್ರತೆಯು ಚಿಪ್-ಸ್ಕೇಲ್ ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿ ರಾಮನ್ ಮತ್ತು ಕೆರ್ ಪರಿಣಾಮಗಳಂತಹ ರೇಖಾತ್ಮಕವಲ್ಲದ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಗಮನಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಕಾರಣಗಳಿಗಾಗಿ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಅನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತೀಕ ಪರಿಣಾಮಕ್ಕೆ ವಸ್ತುವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಶಾಕ್ಲಿ-ಕ್ವೀಸರ್ ಮಿತಿಯ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ, ಒಂದೇ ಪಿ-ಎನ್ ಜಂಕ್ಷನ್ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತೀಕ ಕೋಶದ ಗರಿಷ್ಠ ಸೌರ ಪರಿವರ್ತನೆ ದಕ್ಷತೆಯು 1.34eV ಬ್ಯಾಂಡ್ಗ್ಯಾಪ್ಗೆ ಸುಮಾರು 33.7% ಆಗಿದೆ ಎಂದು ತಿಳಿದುಬಂದಿದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಸಿಲಿಕಾನ್ 32 ಪ್ರತಿಶತದಷ್ಟು ದಕ್ಷತೆಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ 1.1eV ಬ್ಯಾಂಡ್ಗ್ಯಾಪ್ ಅನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಟಿಪಿಪಿ ಪರಿಣಾಮಕ್ಕಾಗಿ (7) ರಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾದ ಸಂಗ್ರಹ ದಕ್ಷತೆಯ ಫಲಿತಾಂಶಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರ 4 ರಲ್ಲಿ ವಿಭಿನ್ನ ಪಂಪ್ ತೀವ್ರತೆಗಳೊಂದಿಗೆ ವೋಲ್ಟೇಜ್ನ ಕಾರ್ಯವಾಗಿ ರೂಪಿಸಲಾಗಿದೆ. ಉತ್ತಮ ಒಪ್ಪಂದವನ್ನು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. 4 ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ, ವಿಶ್ಲೇಷಣಾತ್ಮಕ ಮತ್ತು ಸಂಖ್ಯಾತ್ಮಕ ಸಿಮ್ಯುಲೇಟೆಡ್ ಮಾದರಿಗಳಲ್ಲಿ. ಕಡಿಮೆ ಎತ್ತರದ ಪಂಪ್ಗಳಲ್ಲಿ ಸುಮಾರು 43 ಪ್ರತಿಶತದಷ್ಟು ಸಂಗ್ರಹ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ತೋರಿಸಲು ದತ್ತಾಂಶದ ಅಂತರ್ವೇಶನವನ್ನು ಮಾಡಬಹುದು, ಇದು ನಿಜವಾಗಿಯೂ 50 ಪ್ರತಿಶತದಲ್ಲಿ ನಿಗದಿಪಡಿಸಿದ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಮಿತಿಯನ್ನು ತಲುಪುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಪಂಪ್ ತೀವ್ರತೆಗೆ ಇದು ನಿಖರವಾಗಿ ಒಂದೇ ಆಗಿರುವುದಿಲ್ಲ. ಸಂಗ್ರಹ ದಕ್ಷತೆಯ ಈ ಮಿತಿಯು ಸುಮಾರು 5.5% ನಷ್ಟು ಕಡಿಮೆ ಅಂತರ್ಗತ ದಕ್ಷತೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ. ಬೀಟಾವನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುವ ಯಾವುದೇ ಕಲ್ಪಿಸಬಹುದಾದ ವಿಧಾನವು ಪ್ರಸ್ತುತ ವಿಧಾನದ ವಿದ್ಯುತ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ತರಂಗಾಂತರಗಳು ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ ಎಫ್ಸಿಎ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಎರಡು ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸುವುದರಿಂದ ಊಹಿಸಲಾದ ಟಿಪಿಪಿ ಪರಿಣಾಮದ ಮೇಲೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಮಿತಿಯ ದಕ್ಷತೆಗೆ ಅನುವಾದಿಸಬಹುದು. ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಆರ್ಸೆನೈಡ್ (GaAs) ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಆರ್ಸೆನೈಡ್ (GaAs) ಹೆಚ್ಚಿನ ವೆಚ್ಚದ, ಹೆಚ್ಚಿನ ದಕ್ಷತೆಯ ಸೌರ ಕೋಶಗಳಿಗೆ ಪ್ರಮುಖ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಇದನ್ನು ಏಕ-ಸ್ಫಟಿಕದ ತೆಳುವಾದ-ಪದರದ ಸೌರ ಕೋಶಗಳಿಗೆ ಮತ್ತು ಬಹು-ಜಂಕ್ಷನ್ ಸೌರ ಕೋಶಗಳಿಗೆ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಟಿ. ಪಿ. ಎ. ಗೆ ಕಳೆದುಹೋದ ಪ್ರತಿ ಎರಡು ಫೋಟಾನ್ಗಳು ಅರೆವಾಹಕ ಪದಾರ್ಥದಲ್ಲಿ ಒಂದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್-ಹೋಲ್ ಜೋಡಿಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಈ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತೀಕ ವಾಹಕಗಳು ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತೀಕವನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಲು ಚಿತ್ರ 5ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ ಎರಡು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ತರಂಗಾಂತರಗಳಿಗೆ ಲಭ್ಯವಿವೆ. ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಆರ್ಸೆನೈಡ್ನಲ್ಲಿ (GaA) TPAಯನ್ನು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಗಮನಿಸಲಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಅದರ ಗುಣಾಂಕವಾದ βಯನ್ನು GaAಗಳಲ್ಲಿ 1.3 ಮೈಕ್ರಾನ್ಗಳಲ್ಲಿ 42.5 ಸೆಂ. ಮೀ./GW ಎಂದು ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕಲಾಗಿದೆ (ಸಿಲಿಕಾನ್ಃ 3.3 ಸೆಂ. ಮೀ./GW ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು). ಇದಲ್ಲದೆ, 1.55 ಮೈಕ್ರೋ ಮೀಟರ್ ದೂರಸಂಪರ್ಕ ತರಂಗಾಂತರದಲ್ಲಿ, ಸಿಲಿಕಾನ್ನಲ್ಲಿ 0.7 ಸೆಂ. ಮೀ./ಜಿ. ಡಬ್ಲ್ಯೂ. ಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಗಾ. ಎ. ಗಳಲ್ಲಿ β ಸುಮಾರು 15 ಸೆಂ. ಮೀ./ಜಿ. ಡಬ್ಲ್ಯೂ ಎಂದು ವರದಿಯಾಗಿದೆ. ಹೀಗಾಗಿ, ಜಿಎಎಗಳಲ್ಲಿ ಟಿಪಿಪಿ ಪರಿಣಾಮವು ಬಲಗೊಳ್ಳುವ ನಿರೀಕ್ಷೆಯಿದೆ. ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಗೆ ಹೋಲಿಸಲು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ದತ್ತಾಂಶವನ್ನು ಪಡೆಯಲು, ಪಿ-ಐ-ಎನ್ ಜಂಕ್ಷನ್ ಡಯೋಡ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಸಿಂಗಲ್-ಮೋಡ್ Gaas/AlGaas ತರಂಗ ಮಾರ್ಗದರ್ಶಿಯಲ್ಲಿ ಟಿಪಿಪಿಯನ್ನು ಹೇಗೆ ಸಾಧಿಸಬಹುದು ಎಂಬುದನ್ನು ಚಿತ್ರ 6 ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ. ಟ್ರ್ಯಾಪ್ ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟವು ಬ್ಯಾಂಡ್ಗ್ಯಾಪ್ನ ಮಧ್ಯದಲ್ಲಿದೆ ಎಂದು ಭಾವಿಸಿ, ಶಾಕ್ಲಿ-ರೀಡ್-ಹಾಲ್ ಮರುಸಂಯೋಜನೆಯನ್ನು ಈ ಕ್ರಮದಲ್ಲಿ ಗಣನೆಗೆ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಲಾಗುತ್ತದೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮತ್ತು ಹೋಲ್ ಬೃಹತ್ ಮರುಸಂಯೋಜನೆಯ ಜೀವಿತಾವಧಿಯು, ಮತ್ತು, ಬೃಹತ್ GaA ಗಳು 10−8 ಸೆಕೆಂಡುಗಳ ಕ್ರಮದಲ್ಲಿರುತ್ತವೆ, ಇದು ಬೃಹತ್ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಗಿಂತ ಸುಮಾರು 2 ಆರ್ಡರ್ಗಳಷ್ಟು ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ. ಮೇಲ್ಮೈ ಮರುಸಂಯೋಜನೆಯು TPP ಪರಿಣಾಮದ ವಿದ್ಯುತ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳು ಸಂಪರ್ಕಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಗ್ರಹವಾಗುವ ಮೊದಲು ಮರುಸಂಯೋಜಿಸುತ್ತವೆ. ದೊಡ್ಡ ಬೀಟಾ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ ಟಿಪಿಪಿ ಪರಿಣಾಮವು 976 ಎನ್ಎಂನಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿದೆ. 150 ಮೆಗಾವ್ಯಾಟ್ ವಿದ್ಯುತ್ ದಕ್ಷತೆಯ 5 ಸೆಂಟಿಮೀಟರ್ ಉದ್ದದ ಸಾಧನಕ್ಕೆ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕವಾಗಿ 8 ಪ್ರತಿಶತದಷ್ಟು ಊಹಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ, ಇದು ಸಿಲಿಕಾನ್ನಲ್ಲಿ ಸಾಧಿಸಬಹುದಾದ ಸಾಧನಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ. ಸಂಭಾವ್ಯ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳು ಎರಡು-ಫೋಟಾನ್ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕ ಪರಿಣಾಮದ ಸಂಭಾವ್ಯ ಅನ್ವಯವು ವಿದ್ಯುತ್ ಕಿಡಿಗಳು ಅಪಾಯಕಾರಿ ಮತ್ತು ತಾಮ್ರದ ಕೇಬಲ್ಗಳನ್ನು ತಪ್ಪಿಸಬೇಕಾದ ನಿರ್ಣಾಯಕ ಪರಿಸರದಲ್ಲಿ ಸ್ಥಾಪಿಸಲಾದ ಭೌತಿಕ ಸಂವೇದಕಗಳಿಗೆ ದೂರಸ್ಥ ವಿದ್ಯುತ್ ವಿತರಣೆಯಾಗಿದೆ. ಉಲ್ಲೇಖಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳು ಶಕ್ತಿ ಪರಿವರ್ತನೆ