Handbook of Photovoltaic Science and Engineering

146
THEORETICAL LIMITS OF PHOTOVOLTAIC CONVERSION
(a)
(b)
(c)
Figure 4.14
(a) Structure of the IB solar cell; (b) band diagram in equilibrium and (c) band
diagram of forward bias conditions. (Reproduced from
A Metallic Intermediate Band High Efficiency
Solar Cell
, Luque A. and Mart´ı A., by permission of John Wiley & Sons Limited

2001)
By eliminating
µ
CI
and
µ
I V
from the last three equations, we obtain the current–voltage
characteristic of the cell. Efficiencies for different values of
ε
l
and
ε
g
are plotted in
Figure 4.15.
The maximum efficiency of 63.2% is achieved for a cell of gap 1.95 eV with the
IB Fermi level located at 0.71 eV from one of the bands. This efficiency is higher than
the one corresponding to two series-connected ideal cells in tandem, of 54.5% (for band
gaps of 0.8 and 1.54 eV). A detailed analysis of this cell operation can be found in the
References [50–52]. The generalisation of the concept to more than two intermediate

---

VERY HIGH EFFICIENCY CONCEPTS
147
0.7
0.5
25
30
35
40
Efficiency 
h
[%]
45
50
55
60
65
70
0.6
0.8
0.9
Energy 
e
1
[eV]
Tandem (series connected)
Single gap
e
g
T
a
=
300 K
1.40
1.44
1.50
1.57
1.63
1.66
1.56
1.46
1.34
1.23
1.11
0.98
1.71
1.79
1.76
1.87
1.87
1.95
1.0
1.1
1.2
1.3
Figure 4.15
Limiting efficiency for the IB solar cell under maximum concentrated sunlight. For
comparison, the limiting efficiency of single-gap solar cells (in this case,
ε
l
≡
ε
g
) and a tandem
of two cells that are series-connected are also shown (in this case,
ε
l
labels the lowest band gap
of the cells and the figures on the curve correspond to the highest of the band gaps). (Reproduced
from
Increasing the Efficiency of Ideal Solar Cells by Photon Induced Transitions at Intermediate
Levels
, Luque A. and Mart´ı A., Physical Review Letters V. 78 N. 34, 5014 – 5017, by permission
of American Physical Society

1997)
Contact
Contact
Barrier semiconductor
Conduction band
Valence band
Fermi
level, 
E
F
IB
0.71 eV
1.24 eV
Quantum
dots
p
n