I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv e  S y s t em s   ( I J P E DS)   Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 2 4 ,   p p .   2 0 1 9 ~ 2 0 2 6   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 5 .i 4 . p p 2 0 1 9 - 2 0 2 6       2019     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Ana ly sis  of high - v o ltag e silico n vert ica l multi - junc tion so la r  cells: un der conc e ntrated  illumina ti o n       M o ha m ed  K ha lis 1 ,   Ra chid  M a s ro ur 2   1 La b o r a t o r y   f o r   S t u d i e s a n d   R e se a r c h   i n   Ed u c a t i o n   S c i e n c e s ,   D i d a c t i c s,   a n d   M a n a g e m e n t ,    R e g i o n a l   C e n t e r s f o r   E d u c a t i o n   a n d   T r a i n i n g   P r o f e ss i o n s,   Er r a c h i d i a ,   M o r o c c o   2 La b o r a t o r y   o f   S o l i d   P h y si c s,   F a c u l t y   o f   S c i e n c e s Dh a r   E l   M a h r a z ,   S i d i   M o h a mm e d   B e n   A b d e l l a h   U n i v e r si t y ,   F e z ,   M o r o c c o       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   2 5 ,   2 0 2 3     R ev is ed   J u n   1 3 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   J u l 2 4 ,   2 0 2 4       We  a n a ly z e   t h e   J - V  c h a ra c teristics   o f  si li c o n   v e rt ica l  m u lt i - ju n c ti o n   so lar   c e ll s.  Th e   J - V   c h a ra c teristic  d a ta   in c lu d e s   J 0 ,   R S ,   R s h ,   n ,   a n d   J ph ,   re p re se n ti n g   sa tu ra ti o n   c u r re n t  d e n sity ,   se ries   re sista n c e ,   sh u n t  re sista n c e ,   id e a l it y   fa c to r,   a n d   p h o t o c u rre n t   d e n sity ,   re sp e c ti v e ly ,   a n d   a re   u ti li z e d   to   e x trac t  t h e   p a ra m e ters   o f  th e se   m u lt i - ju n c ti o n   so lar  c e ll s.  Th e se   p a ra m e ters   we r e   re c e n tl y   a c q u ired   in   a   p re v io u s  in v e sti g a ti o n .   I n   o u r  re se a rc h ,   we   d e v e lo p e d   a   M ATLAB  c o d e   t o   i n v e sti g a te  t h e   e fficie n c y   v a riati o n   with   c o n c e n tratio n   u sin g   t h e   n o n l in e a r  lea st - sq u a re s  m e th o d ,   fo l lo wi n g   a   sim il a r  a p p ro a c h   a s th e   p re v io u s  stu d y .   O u r  fin d in g s  re v e a l  th a t  th e   a lg o rit h m   e ffe c ti v e ly   u ti li z e s  e lec tri c a l  p a ra m e ters   o b tain e d   t h ro u g h   th e   n o n li n e a r  lea st - sq u a re s  m e th o d ,   e n su rin g   sta b le  c o n v e rg e n c e   a n d   fa it h fu l   re p li c a ti o n   o f   e x p e ri m e n tal  J - V  c h a ra c teristics .   Ou r  fin d in g s  in d i c a te  th a t  a n   in c re a se   in   li g h t  c o n c e n tratio n  fro m   1   t o   1 0 0   s u n s  lea d s  t o   a n   e f ficie n c y   imp ro v e m e n t  fro m   1 9 . 4   to   2 6 . 2 % .   Ho we v e r,   b e y o n d   1 0 0   su n s,  th e   e fficie n c y   d e c li n e s  fr o m   2 6 . 2   t o   1 7 . 3 % .   Th e   m o st  in fl u e n ti a l   p a ra m e ter  in   d e t e rm in in g   so lar  c e ll   e fficie n c y   is  th e   o p e n - c ircu it   v o lt a g e ,   V oc .   O u r  e x p e rime n ts  h a v e   sh o wn   a n   in c re a se   in   t h is  v o lt a g e   with   l ig h t  c o n c e n trati o n .   F o r  i n st a n c e ,   it s  v a lu e   c h a n g e s  fr o m   a ro u n d   1 9 . 1 4 7   V at 1   su n   t o   a p p ro x ima tely   2 5 . 4 9 1   V at 5 0 0   su n s .   K ey w o r d s :   C o n ce n tr atio n   Hig h   v o ltag e   L MS  m eth o d   Par am eter s   So lar   ce lls   VM J   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   R ac h id   Ma s r o u r   L ab o r ato r y   o f   So lid   Ph y s ics,  Facu lty   o f   Scien ce s   Dh ar   E l  Ma h r az   Sid i M o h am m ed   B en   Ab d ellah   Un iv er s ity   B P 1 7 9 6 ,   Fez,   Mo r o cc o   E m ail:  r ac h id m asro u r @ h o tm a il.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e   Si  s o lar   ce ll  ty p e  with   v er tical  m u lti - ju n ctio n   o r   VM J   ex h ib its   h ig h er   v o ltag e,   r ea c h in g   u p   to     1 2 0   V,   wh ile  m ain tain i n g   a  lo wer   cu r r en t,  t y p ically   less   th an   0 . 3 A  [ 1 ] .   Pre v io u s   s tu d ies   [ 2 ] ,  [ 3 ]   h av e  r ep o r ted   th e  lim itatio n s   o f   s ilico n   s o lar   ce lls   with   ef f icien cies  o f   η =3 0   an d   3 1 %,  r esp ec tiv el y .   Ma n u f ac tu r ed   s ilico n   ce lls   an d   m o d u les  ac h iev e  m ax im u m   ef f icien cy   o f   2 5 %  an d   2 2 . 9 %,  r esp ec tiv ely ,   with   an   ef f icien cy   o f   η =4 2 . 3 %  r ec o r d e d   at  4 0 6   s u n s   o f   lig h t  i n ten s ity   [ 4 ] .   I t  h as  b ee n   s u g g e s ted   th at  th e  m ax im u m   ac h iev ab le  ef f icien cy   f o r   s o lar   ce lls   ca n   r ea ch   4 5 %  [ 5 ] .   Ad d itio n ally ,   a  s tu d y   is   estab l is h ed   th at  co m p ar es  v ar io u s   tech n iq u es  f o r   o p tim izin g   th e  t r ac k in g   o f   th e  m ax im u m   p o wer   p o in t  in   p h o to v o ltaic  ar r ay s   [ 6 ] .   I n   ter m s   o f   o p en   ci r cu it  v o ltag e,   it  is   n o ted   th at  f o r   b o th   ty p es  o f   s o lar   ce lls ,   th e  s in g le - j u n ctio n   s ilico n   s o lar   ce ll  d o es  n o t  ex ce ed   0 . 7   V  [ 7 ] ,   w h ile  f o r   I n GaP/I n GaA s /Ge  ce lls ,   it  r ea ch es  u p   to   3   V  [ 8 ] .   A  s er ies  o f   th eo r etica l  an d   e x p er im en tal  s tu d ies  h av e  ex p lo r e d   th e  ch ar ac te r is tics   o f   s o lar   ce lls   in   r elatio n   to   s er ies  r esi s tan ce   [ 9 ] .   T h e  s tu d y   in v est ig ates  th e  in f lu en ce   o f   ir r ad iatio n   o n   v ar i o u s   p ar am eter s   o f   m o n o cr y s tallin e   p h o to v o ltaic  s o lar   ce lls   [ 1 0 ] .   Var io u s   m eth o d s   a r e  s u g g este d   in   th e   an aly s is   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 2 4 :   2019 - 2 0 2 6   2020   d iv er s e  s o lar   d ev ices,  en co m p ass in g   GaA s   an d   Si  s o l ar   ce lls   [ 1 1 ] .   T h e r ef o r e,   ev alu atin g   SiC - b ased   s em ico n d u cto r   tech n o lo g ies  at  th eir   p r ac tical  lim its   is   r ec o m m en d ed   to   ac h iev e  g r ea ter   ef f icien cy   an d   h ig h e r   p o wer   d e n s ity   b y   in cr ea s in g   s witch in g   f r e q u en cies.  T h ese  f ea tu r es  ar e  cr u cial  f o r   em b e d d ed   ap p licatio n s   in   elec tr ic   v eh icles a n d   m o r e - ele ctr ic  air cr af t [ 1 2 ] – [ 1 5 ] .   C o n s id er in g   th e   d esig n   o f   s o la r   ce lls ,   it b ec o m es e v i d en t th at   u n d er s tan d in g   th e   im p ac t  o f   p ar am eter s   s u ch   as  tem p er atu r e  an d   r a d i atio n   in ten s ity   is   cr u cial  f o r   p r ed ictin g   an d   o p tim izin g   th eir   b eh a v io r .   T h is   d o cu m e n t  p r esen ts   a   s tu d y   th at  f o cu s es  o n   th e   m o d elin g   a n d   c h ar ac ter izatio n   o f   th e  s ili co n - b ased   v er tical  m u ltij u n ctio n   s o lar   ce ll  VM J ,   alo n g   with   in v esti g atin g   th e  in f lu en ce   o f   s o lar   co n ce n tr atio n   o n   its   ef f icien cy .   Acq u ir in g   p r ec is e  v al u es  f o r   t h e  in h e r en t  p ar am eter s   o f   th e   VM J   s o lar   ce ll  p r o v es  in tr i ca t e,   m ain ly   d u e   to   t h e  ex ten s iv e  in ter co n n ec tio n   o f   s u b - ce lls   an d   th e  h ei g h ten ed   s o lar   ir r ad ian ce .   I n   f ac t,  t h e  m o d elin g   o f   th e  VM J   ce ll  h ea v ily   r elies  o n   th e  elec tr ical  cir cu itry   o f   a  s in g le - ju n c tio n   s o lar   ce ll.  T h is   ap p r o ac h   is   g r o u n d e d   in   th e   o b s er v ed   p r ac tical  s im ilar ity   b etwe en   th e  J - V  o f   th e  VM J   ce ll  an d   th e  s in g le - ju n ctio n   ce ll.  T h is   s im p lifie s   th e   ex tr ac tio n   o f   s p ec if ic  p ar a m eter s   ( s u ch   as  0 ,  ℎ ,   n ,   ,  ℎ ,   )   ass o ciate d   with   th e  VM J   ce ll  b y   em p lo y in g   th e  L am b er t   W   f u n ctio n   [ 1 1 ]   as  a  m o d el  f o r   ad ju s tin g   th ese  p ar am eter s   u s in g   th e  least  m ea n   s q u ar es  ( L MS )   m eth o d .   In   co n clu s io n ,   we  h av e  ev alu ated   th e  in f lu e n ce   o f   au g m en ted   s o lar   co n ce n tr ati o n   ac r o s s   th e  r an g e   f r o m   1   to   5 0 0   s u n s   o n   th e  e f f icien cy   o f   th e  VM J   ce ll,  e m p lo y in g   th ese  p ar am ete r s   as  r ef er en ce   p o in ts .   Fu r th er m o r e ,   th e  ju s tific atio n   f o r   th e  h ig h er   v o ltag e  v alu e   in   th is   ty p e  o f   ce lls   is   elu cid ated .       2.   T H E O RY  AN D  M O D E L   I n   a  s i n g l e  j u n ct io n   s o l ar   ce ll,   two   ca s es  a r is e  f o r   th e  b a n d   g a p .   F o r   a  n a r r o w   b a n d   g ap   m ate r ia l  li k e   g e r m a n i u m   E g   =   0 . 7   eV ,   th e   c e ll  a b s o r b s   a   l ar g e   p o r ti o n   o f   t h e  s o l ar   s p ec t r u m   an d   d e li v e r s   a   h i g h   c u r r e n t   at   l o w   v o lta g e.   T h e   o u t p u t   p o we r ,   p o wer   o u t ,   is   d ete r m i n e d   b y   h i g h   cu r r e n t   x   lo w  v o l ta g e ,   b u t   ex ce s s iv e   th er m a liz ati o n   lo s s   o cc u r s   d u e   t o   th e  s m a ll   b a n d   g a p .   O n   t h e   o t h e r   h an d ,   in cr ea s i n g   t h e  b a n d   g ap   o f   t h e  s em ico n d u ct o r   p r o v id es   a  s m all   a m o u n t  o f   e le ct r ici ty   at   h i g h   v o lt ag e.   I n   th is   c ase ,   t h e   o u t p u t  p o we r .   Po we r   o u tp u t   is   d et e r m i n ed   b y   lo w   cu r r e n t   m u lt ip lie d   b y   h i g h   v o lt ag e,   wi th   t h e   l o w   c u r r en t  b e in g   a  r es u l t  o f   lim ite d   s p ec tr al  a b s o r p t io n .   T h e  th eo r etica l  s in g le - ju n ctio n   s tu d y   c o n d u cted   b y   Sh o ck ley   an d   Qu eiss er   [ 2 ]   d em o n s tr ates  a  tr ad itio n al  tr ad e - o f f   b etwe en   ef f icien cy   an d   b an d   g ap   f o r   a   ju n ctio n   s o lar   ce ll.  T h e  co m p ar is o n   b etwe en   th e   ' Sem i - E m p ir ical  L im it '   o f   s o lar   ce lls ,   r ep r esen tin g   th e   ' B es t  E x p er im en tal  E f f icien cy   to   Date , '   an d   th e  ' Deta iled   B alan ce   L im it'   d er iv ed   b y   Sh o ck ley   a n d   Qu eiss er   is   p r o v id ed   b y   Sh o c k ley   an d   Qu eiss er   [ 2 ] .   T h e   th eo r etica l   ef f icien cies  o f   th ese  m u lti - ju n ctio n   ce lls   u n d er   co n ce n tr atio n   ca n   b e   v e r y   h ig h ,   as  d em o n s tr ated   b y   Dim r o th   an d   Ku r tz  i n   th e  a r ticle  [ 1 2 ] .   T h ey   h a v e  s h o wn   th at  u n d er   c o n ce n tr atio n ,   b y   in c r ea s in g   th e  t h eo r etica lly   n u m b er   o f   ju n ctio n s ,   e f f icien cies  h ig h er   th an   6 0 %  o r   ev e n   7 0 %  co u ld   b e   ac h iev e d .   Fo r   in s tan ce ,   f o r   a   3 J   c o n v e n tio n al   co n f ig u r atio n ,   ℎ   =   5 4 . 2 %,  f o r   a  4J   L attice - m atch ed   co n f ig u r atio n ,   ℎ   =   6 3 . 1 %,  an d   f o r   a   6J   L att ice - m atch ed   co n f ig u r atio n ,   ℎ   =   5 8 . 7 %.  C o m p o u n d   I I I - V  s em ico n d u ct o r s   a r e  p r o m is in g   c o n ten d e r s   f o r   p r o d u cin g   m u lti - ju n ctio n   s o lar   ce lls   b ec a u s e  o f   two   k ey   f ac to r s ,   th ei r   ab ilit y   t o   b e  f ab r icate d   with   ex ce p tio n al  q u ality   an d   th eir   wid e  s p ec tr al  co v er ag e   with   o f ten   d ir ec t  b a n d   g a p s ,   r esu ltin g   in   h ig h   ab s o r p tio n   co e f f icie n ts .   T h ese  attr ib u tes   u n d er p in   th e  s u cc ess   o f   t h is   tech n o lo g y ,   wh ich   h as  attain ed   an   im p r ess iv e  ef f icien cy   o f   3 9 %  wit h   GaI n P/GaI n As/ Ge  [ 1 2 ]   co n f i g u r atio n s ,   m ar k in g   it  as   th e  m o s t  ef f icien t  a m o n g   all  p h o t o v o ltaic  d e v ices  f o r   co n v er tin g   s o lar   en e r g y   i n to   el ec tr ical  en er g y .   T h e  o u tp u t  p o wer   is   d eter m in ed   th r o u g h   th e  ( 1 ) .     =          ( 1 )     W h er e   v o ltag e  at  o p en   cir c u it   or      = V 1   + V 2   + V 3   an d   I SC   = m in   ( I 1 , I 2 ,   I 3 ).   Acc o r d in g   to   ( 1 ) ,   th e  two   c r u cial  p ar am eter s   in   ca lcu latin g   th e  o u tp u t  p o wer   ar e  th e  s h o r t - cir cu it  cu r r en t    ,   wh ich   is   eq u al  to   m i n   (I 1 ,   I 2 ,   I 3 )   an d   th er e f o r e   h as  n o   ef f ec t  o n   e f f icien cy   as  I SC   i n cr ea s es  lin ea r ly   with   co n ce n tr atio n ,   an d   th e  o p en - cir cu it  v o ltag e      wh ich   d ir ec tly   im p ac ts   ef f icien cy .   Po p t ic  is   th e  o p tical   p o wer   in p u t.   Ho wev e r ,   its   v al u e  is   lim ited   b y   t h e  n u m b er   o f   ju n ctio n s ,   i.e . ,    =∑ Vi .   T h e  p r i m ar y   ch allen g e  in   th ese  ty p es  o f   m o n o lith ically   s tack ed   m u lti - ju n ctio n   s o lar   ce lls   is   th e  m ater ial  s elec tio n   f o r   en h a n ce d   ab s o r p tio n ,   th e   o p tim izatio n   o f   ea ch   s u b - ce ll,   an d   f in ally ,   co n n ec tin g   th ese   s u b - ce lls   th r o u g h   tu n n el  d io d es  th at   n ee d   to   b e  b o t h   ef f icien t c o n d u cto r s   an d   tr a n s p ar en t.   T h e  v ar io u s   elec tr ic  p o we r   s y s tem   d esig n s   f o r   f u tu r e  elec tr ic  air cr af t  wer e  an aly ze d   b y   co m p ar in g   th eir   weig h t a n d   s tab ilit y ,   with   th e  m o s t  p r o m is in g   ar ch itectu r e  s elec ted   b ased   o n   t h ese  cr it er ia  [ 1 6 ] .   T o   tack le   th e  is s u e  o f   en h an cin g      u n d er   h ig h   co n ce n tr atio n s ,   r esear ch e r s   h av e  d ev is ed   a  d if f er en t c la s s   o f   s o lar   ce lls .   Hig h   VM J   s i lico n   s o lar   ce ll s   ar e  s p ec if ically   d esig n ed   f o r   ef f ec tiv e  p er f o r m a n ce   u n d er   s o lar   in ten s ities   s u r p ass in g   1 0 0 0   s u n s   AM 1 . 5 .   C o m p r is in g   4 0   ju n ctio n s   co n n ec ted   in   s er ies,  t h ese  ce lls   g en er ate  3 1 . 8   watts  at   2 5 . 5   v o lts   an d   o p er ate   at  an   i n ten s ity   clo s e  to   2 5 0 0   s u n s   AM 1 . 5   [ 1 7 ] .   Oth er   r esear ch er s   [ 1 8 ]   h av e  d em o n s tr ated   th at  v er tical  ju n ctio n   s ilico n   s o lar   ce lls   ca n   o p e r ate  at  h ig h   co n ce n tr atio n s   d u e   to   t h eir   d e s ig n   f o c u s ed   o n   lo w  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A n a lysi s   o f h ig h - v o lta g e  s ilico n   ve r tica l m u lti - ju n ctio n   s o la r   ce lls :  u n d er c o n ce n tr a ted   …   ( Mo h a med   K h a lis )   2021   cu r r en t  a n d   h ig h   v o ltag e ,   wh ich   h elp s   r e d u ce   l o s s es  r elate d   to   s er ies  r esis tan ce .   Ho w ev er ,   d esp ite  th ese  im p r o v em e n ts ,   test   an d   an aly s is   r esu lts   h av e  s h o wn   o n ly   m o d est ef f icien cies,  h o v er i n g   ar o u n d   2 0 % [ 1 8 ] .   T h e  v er tically   m u ltip le - ju n ctio n   ce ll  VM J   co n f ig u r atio n   is   p ar ticu lar ly   ad e p t  at  en ab lin g   ef f icien t   o p er atio n   u n d er   h i g h   v o ltag e  co n d itio n s ,   wh ile  s im u ltan e o u s ly   m ain tain in g   lo w  c u r r e n t  l ev els.  T h is   u n iq u e   co m b in atio n   o f   ch ar a cter is tics   m ak es  th e  VM J   ce ll  h i g h ly   ad ap tab le   an d   co m p atib le  wi th   a  wid e   r an g e  o f   en er g y   s o u r ce s ,   as  in d icate d   b y   Sater   an d   Sater ’ s   r esear ch   f in d in g s   [ 1 7 ] .   T h e  in t r ig u i n g   q u alities   o f   th is   o p er atio n al  m o d e  h av e  s p ar k e d   o u r   cu r i o s ity   an d   m o tiv atio n   to   co n d u ct  an   in - d ep th   an d   p r ac tical  s tu d y   o f   th is   s p ec if ic  ce ll ty p e.   T h r o u g h   th i s   s tu d y ,   we  aim   to   g ain   p r ec is e  in s ig h ts   in to   th e  p er f o r m an c e  an d   ca p ab ilit ies o f   th e  VM J   ce ll  co n f ig u r atio n ,   p av in g   th e   way   f o r   f u r th er   ex p lo r atio n   an d   p o ten tial  ap p licat io n s   in   th e  f u tu r e.   Ver tical  ju n ctio n   s o lar   ce lls ,   al s o   k n o wn   as late r al,   illu m in ate d   s o lar   ce lls   [ 1 9 ] - [ 2 1 ] ,   a r e  a  u n iq u e  ty p e  o f   ce lls .   T h e  co r r esp o n d i n g   p h o to c u r r en t  d en s ity   ℎ   at  a  g iv e n   ex citatio n   wav elen g t h   λ   an d   lig h t     in ten s ity     [ 2 2 ]   is   g iv en   b y   ( 2 ) .     ℎ =       ℎ     ( 2 )     W h er e   ex ter n al  q u an tu m   ef f i cien cy   ( E QE )   is   th e  p h o to v o ltaic  ex ter n al  q u an tu m   ef f ici en cy ,   h   th e  Plan ck   co n s tan t,  c  th e  s p ee d   o f   lig h t,  an d   q   th e  elem en tar y   c h ar g e.   T h e  ( 2 )   d em o n s tr ates  th at  th e  p h o to c u r r en t  ℎ   is   p r o p o r tio n al  to   th e  in te n s ity   o f   th e  in ci d en t  lig h t,   ,   wh ich   its elf   is   p r o p o r tio n al   to   s u n s .  h   is   th e  Plan ck ' s   co n s tan t,  c  is   th e  s p ee d   o f   lig h t a n d   λ   is   th e  wav elen g th   o f   li g h t.   T h e r ef o r e ,   in   ( 2 )   ca n   b e  e x p r ess ed   as  ( 3 ) .     ℎ , =     ℎ , 1    ( 3 )     W h er e  k   r ep r esen ts   th e  n u m b er   o f   s u n s ,   an d   1   s u n   is   ap p r o x im ately   eq u iv alen t  to   1 0 0 0   W /m ²  u n d er   s tan d ar d   co n d itio n s   an d   at  am b ien t  tem p er atu r e.   Sh all  we   r ev is it  th e  e f f icien cy   in   ( 1 )   an d   s u b s titu te     with   k   x   s u n s   an d    ≅   ℎ ,   with   th e  ex p r ess io n   f r o m   ( 3 ) .   Un d er   th ese  ap p r o x im atio n s ,   in   ( 1 )   tr an s f o r m s   to   ( 4 ) .     =        ≅      K   x   J ph , 1 s u ns  K   x   s un s ≅    ℎ , 1  s u n s   ( 4 )     I n   ( 4 )   r e v ea ls   th at  th e  co ef f icien t  ' k '   d is ap p ea r s ,   in d icati n g   th at  th e  p h o t o cu r r e n t  ℎ   g en er ated   b y   th e   co n ce n tr ated   p h o to v o ltaic  ce ll  VM J   d o es  n o t  h a v e  an   im p ac t  o n   th e  e f f icien cy   η .   Ho wev er ,   i t  r em ain s   n ec ess ar y   to   d eter m in e   th e  in f l u en ce   o f   V OC   an d   f ast  Fo u r ie r   ( FF ) .   T o   ass ess   th e  in f lu en ce   o f   V OC   o n   th e  ef f icien cy   η ,   it  is   n ec ess ar y   to   estab lis h   th e  r elat io n s h ip   b etwe en   V OC   an d   ' k ' .   T h is   ca n   b e  ac h iev ed   ea s ily   b y   em p lo y in g   ( 3 )   u n d e r   o p en - cir c u it  co n d itio n s ,   wh er e in   J   =  0   A  an d   V = V OC ,   wh ile  ass u m in g   th at  R Sh ten d s   to war d s   in f in ity   ( 5 )   b ased   o n   ( 6 ) .     0 = ℎ − 0 (  ( (  ) ) − 1 )   ( 5 )     = ℎ − 0 (  ( ( + ) ) − 1 ) − + ℎ     (6 )     Fin ally ,   th e  r elatio n s h ip   b etwe en   V OC   an d   ‘ k ’   as in   ( 7 ) .      =     ln (     ℎ , 1 0 ) =    1 + B ln     ( 7 )     W h er e   1 =     ln (   ℎ , 1 0 )   r ep r esen ts   th e  co n v en tio n al     u n d er   at  o n e  s u n   co n ce n tr atio n   an d   k   is   th e  s o lar   co n ce n tr atio n   r atio .   T h e  ( 7 )   s h o ws  th at  V OC   in cr ea s es  in   a   n atu r al  lo g ar ith m ic   m an n e r   wi th   th e  i n cr ea s e   o f   th e  co n ce n tr atio n   r atio n   ' k '.   T o   u n d er s tan d   t h e  im p ac t  o f   co n ce n t r atio n   o n   th e  f ill  f ac to r   ( FF )   an d   o th er   p ar am eter s   s u ch   as  0 ,  ,   an d   ℎ   o f   t h e  VM J   ce ll,  we  will p r ac tically   ex am in e  th is   u s in g   th e  L M S m eth o d .       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   T h e  VM J   u n d er   in v esti g atio n   in   th is   s tu d y   is   d etailed   in   th e  ar ticle  [ 2 3 ] - [ 2 5 ] .   I n   o r d er   to   e n h an ce   th e   co m p r eh e n s io n   o f   th e  r esu lts   p r esen ted   in   th is   s tu d y ,   we  wil l b r ief ly   r ec ap itu late  th e  J - V  o f   th is   ce ll a t   v ar io u s   lig h t  in ten s ities .   Similar ly ,   we  will   also   elu cid ate  th e  L MS  m eth o d   u s ed   f o r   p a r am eter   ex tr a ctio n .   T h is   m eth o d   will  p lay   a  ce n tr al  r o le  in   o u r   ap p r o ac h ,   as  it  wil l  en ab le  u s   to   ac cu r ately   o b tain   an d   an al y ze   th e  p ar am eter s   n ec ess ar y   f o r   o u r   s u b s eq u en t s tu d ies.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 2 4 :   2019 - 2 0 2 6   2022   Fig u r e  1   illu s tr ates  th at  s ilico n - b ased   VM J   s o lar   ce lls   ar e   ca p ab le  o f   d eliv er i n g   h ig h   v o ltag e s   o f   ar o u n d   2 5   V,   m ak in g   th em   id ea l  f o r   e n s u r in g   ef f icien t  o p e r atio n   ev en   u n d er   lig h t  in ten s ities   s u r p ass in g   5 0 0   AM   1 . 5   s o lar   in ten s ities .   T h is   ab ilit y   t o   g en er ate  h ig h   v o ltag es d em o n s tr ates th eir   r o b u s t p er f o r m a n ce   an d   a d ap tab ilit y   to   h ig h er   lig h t  co n d itio n s ,   r en d er in g   th em   a  p r o m is in g   ch o ice  f o r   v ar io u s   s o lar   ap p licatio n s .   L ik ewise,   Fig u r e  1   h ig h lig h ts   th e   alm o s t  p er f ec t c o n cu r r en ce   b etwe en   th e  ex p er im en tal  r esu l ts   s h o wn   as b lu e   cir cles a n d   th e  least  s q u ar es  m eth o d   r e p r e s en ted   b y   th e  r e d   lin e.   T h is   clo s e  co r r esp o n d en ce   v alid ates  th e  r eliab ilit y   o f   th e   ex p er im en tal  d ata  an d   u n d e r s co r es  th e  ef f icien c y   o f   th e  le ast  s q u ar es  m eth o d   in   a cc u r a tely   m o d elin g   th e   o b s er v ed   b eh av i o r   u s in g   t h e  L MS  ap p r o ac h .     Fig u r e  2   d em o n s tr ates  a  lin ea r   in cr ea s e  in   s h o r t - cir cu it  cu r r en t  J SC   r elativ e  to   lig h t  co n ce n tr atio n ,   with in   th e  r an g e  o f   1   to   3 0 0   s u n s ,   with   a  s lo p e  o f   1 . 3 2 7 × 10 - 6   ( A. m 2 /W ) .   T h is   o b s er v atio n   alig n s   p er f ec tly   with   th e  th eo r y   d em o n s tr ated   in   ( 3 ) .   C o n s eq u en tly ,   it  is   estab lis h ed   th at  ch an g es  in   lig h t   co n ce n tr a tio n   d o   n o t  im p ac t  ef f icien cy ,   as  i n d icate d   b y   ( 4 ) .   Ho wev er ,   b e y o n d   3 0 0   s u n s ,   th e  cu r v e   J SC   v er s u s   co n ce n t r atio n   c h an g es  d ir ec tio n   an d   ten d s   to   f latten .   T h is   in d icate s   th at  th e  cu r r en t  r ea c h es  s atu r atio n ,   b ec o m in g   in d ep en d e n t  o f   lig h t   co n ce n tr atio n .   C o n s eq u en tly ,   with in   b o th   r an g es  o f   lig h t  co n ce n tr atio n ,   th e  co n ce n tr atio n - i n d u ce d   p h o to c u r r e n t  d o es n o t im p ac t t h e  ce ll' s   ef f icien cy   VM J .   As  d ep icted   in   Fig u r e  2 ,   th e  V OC   ex h ib its   a  n o n lin ea r   in cr ea s e  with   lig h t  co n ce n tr atio n .   T h is   cu r v e   b eh av io r   c o u ld   p o ten tially   im p ac t  th e  o u tp u t  p o wer   o f   VM J   ce lls   b ased   o n   co n ce n tr atio n .   T h ese  ef f ec ts   ar e   ch ar ac ter ized   i n   m o r e  d etail  la ter .   Mo r e o v er ,   V OC   ev o lv es  f r o m   1 9 . 1 4 7   V  t o   2 5 . 4 9 1   V,   tr an s itio n in g   f r o m   1   s u n   to   an   ir r ad ia n ce   o f   5 0 0   s u n s .   T h is   o b s er v atio n   alig n s   p er f ec tly   with   t h e  th e o r etica lly   estab lis h ed   in   ( 7 )   m en tio n ed   ea r lier .   T h e  in c r ea s e  in   co n ce n tr atio n   lead s   to   an   en h an ce m e n t  in   co n v er s io n   ef f icien cy ,   d r i v en   b y   a  m o r e  p r o n o u n ce d   r is e  in   v o ltag e.           Fig u r e  1 .   J - V  cu r v es f o r   VM J   ce ll tak en   o v er   th e  r a n g e  o f   1   t o   5 0 0   s u n s   AM   1 . 5   i n ten s ities           Fig u r e  2 .   Var iatio n   o f      an d   s h o r t - cir cu it c u r r en t  v s   s u n   co n c en tr atio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A n a lysi s   o f h ig h - v o lta g e  s ilico n   ve r tica l m u lti - ju n ctio n   s o la r   ce lls :  u n d er c o n ce n tr a ted   …   ( Mo h a med   K h a lis )   2023   T o   in cr ea s e  th e  ef f icien cy   o f   t h e  s o lar   ce ll,  we  n ee d   to   tr an s i tio n   to   a  m u ltip le  ju n ctio n   s o lar   ce ll,  an d   th e  way   we   d o   th is   is   b y   s tack i n g   d if f er en t   m ater ials   o n   to p   o f   ea ch   o th er ,   ea c h   tu n ed   to   a b s o r b   a   d if f er en t   p ar t   o f   th e   s o lar   s p ec tr u m ,   as  s ee n   in   Fig u r e  3 .   T h e  b lu e  m ate r ial  will  h av e  a   h ig h er   b an d   g a p   a n d   will  b e   tu n e d   to   ab s o r b   u ltra v io let  ( UV)   an d   a   p o r tio n   o f   t h e  v is ib le  s p ec tr u m .   T h e   g r ee n   m ate r ial  will  b e  u s ed   to   ab s o r b   a   m id d le  p o r tio n   o f   th e  s o lar   s p ec tr u m ,   an d   th e   r ed   m ater ial  will  h av e  th e  lo west  b a n d   g ap   an d   will  b e   u s ed   to   ab s o r b   a  p o r tio n   o f   th e  in f r ar e d   ( I R ) ,   as  s ee n   in   Fig u r e  3 .   T h is   allo ws  u s   to   m in im ize  th er m aliza tio n   lo s s es  as   we  tr av er s e  th e  s o lar   s p ec tr u m .     T o   co m p r eh en d   wh y   th e     in cr ea s es,  we  n ee d   to   r ev is it  th e  p r in cip les  o f   p h o to v o ltaic  co n v er s io n ,   as  im p lem en ted   b y   cu r r e n t  d e v ices.  T h is   co n v e r s io n   o cc u r s   in   th r ee   s tep s :  i)   Ab s o r p tio n   o f   p h o to n s   with   en er g y   ℎ   >   ,   cr ea tin g   o u t - of - eq u ilib r iu m   p o p u latio n s   o f   elec tr o n s   an d   h o les;   ii)  E ac h   ca r r ier   ty p e  r ap id ly   r ea ch es   a  q u asi - eq u ilib r iu m   d ef in e d   b y   a  q u asi - Fer m i  lev el  ( i.e . ,   an   elec tr o ch em ical  p o te n tial)      f o r   elec tr o n s   an d      f o r   h o les,  a n d   th ei r   d if f er en c e,      −  =    r ep r esen ts   th e  r ec o v er a b le  en er g y   p er   ab s o r b e d   p h o to n   ( wh er e  V   is   th e  p h o to v o ltag e ) ;  an d   iii)  T h e  ca r r ier s ,   co llect ed   at  th e  co n tacts  b ef o r e  r ec o m b in atio n   o cc u r s ,   co n tr ib u te  to   th e  p h o to cu r r en t.           Fig u r e  3 .   E f f icien cy   v s   s u n   co n ce n tr atio n   f o r   s o lar   ce lls   VM J       T h e  elec tr o n   d en s ity   n   ( cm - 3 )  i n   th e  co n d u ctio n   b an d   is   g iv en   b y   ( 8 ) .     =      ( − −    )     ( 8 )     T h e  h o le  d en s ity   p   ( c m - 3 )   in   th e  v alen ce   b a n d   is   g iv en   b y   ( 9 ) .     =      ( −    )   ( 9 )     W h er e    an d   ar e  th e  ef f ec tiv e  d en s ities   o f   s tates.  T h ey   ess en tially   r ep r esen t  th e   n u m b er   o f   u s ef u l  s tates  at   tem p er atu r e  T   in   th eir   r esp ec tiv e  en er g y   b a n d s .   Af ter   p er f o r m in g   a  s er ies  o f   m ath em atica l  o p er atio n s ,   in   ( 8 )   an d   ( 9 )   y ield   t h e  ex p r ess io n s   f o r      an d    ,   r esp ec tiv ely ,   as ( 1 0 )   an d   ( 1 1 ) .      =   −    ( )     ( 1 0 )      =   +    ( )   ( 1 1 )     T h e  r ec o v er ab le  en e r g y   p er   a b s o r b ed   p h o to n   co r r esp o n d s   to   th e  d if f er e n ce   o f   th e  q u asi - Fer m i le v els,  an d   th is   r elatio n s h ip   is   g iv en   as ( 1 2 ) .        −  =    ( 1 2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 2 4 :   2019 - 2 0 2 6   2024   As  th e  lig h t  co n ce n tr atio n   in cr ea s es,  th e  g en er atio n   o f   elec tr o n - h o le  p air s   also   in cr ea s es.  T h is   lead s   to   a  r is e   in   th e  r esp ec tiv e  d e n s ities   o f   elec tr o n s   ( n )   an d   h o les ( p ) .   I n d ee d ,   in   ( 1 2 )   d em o n s tr ates th at  as  n   in cr ea s es,  ln ( N C n )   d ec r ea s es  ( with   N C   >  n ) .   C o n s eq u en tly ,   th e  q u asi - Fer m i  en er g y   le v el  E Fn     s h if ts   to war d s   E C .   Similar ly ,   ac co r d in g   to   eq u atio n   ( 1 1 ) ,   th e  q u asi - Fer m i e n er g y   lev el  E Fp   s h if ts   to war d s   E v .   T h is   d u al  s h if t   o f   th e  two   q u asi - Fer m i  lev els,  as  illu s tr ated   b y   ( 1 2 ) ,   r esu lts   in   a n   i n cr ea s e  in   p h o to v o ltag e  V.   Fo r   h ig h   co n ce n tr atio n s   ( >3 0 0   s u n s ) ,   th e   v alu e  o f   n   ap p r o ac h es  N C .   I n   th is   ca s e,   ln ( N C n )   ap p r o ac h es  ze r o ,   m ea n i n g   t h a t  th e  s h if t  o f   E Fn     to war d s   th e  d ir e ctio n   o f   E C   is   wea k   o r   n e g lig ib l e.   Similar ly ,   wh en   p   ap p r o a ch es  N v ,  ln ( N v p )   ten d s   to war d s   ze r o ,   an d   th u s   th er e  is   n o   s ig n if ican t  s h if t  in   E Fp .   T h is   i m p lies   th at  th e  d if f er en ce   E Fn   − E Fp   r em ain s   n ea r ly   co n s tan t.  As  a  r esu lt,  th e  v ar iatio n   in   V  at  h ig h   c o n ce n tr atio n s     ( >3 0 0   s u n s )   is   alm o s t  n eg lig i b le,   as  illu s tr ated   in   Fig u r es  1   an d   2 .   I t  is   o b s er v ed   th at   th e   V OC   ch an g es  f r o m   2 5 . 3 1 1   to   2 5 . 4 9 1   V.   T h is   s a tu r atio n   o f   V OC   lead s   to   a  r e d u c tio n   in   ef f icien cy   u n d er   h ig h - co n ce n tr atio n   co n d itio n s ,   as sh o wn   i n   Fig u r e   3 .     As  s h o wn   in   Fig u r e  3 ,   th e   ef f icien cy   η   o f   th e  p r o p o s ed   VM J   ce ll  ex h ib its   a  g r o wth   tr en d   d u e  to   th e  lo g ar ith m ic  in cr ea s e  in   th e  V OC   with   in cr ea s in g   co n ce n tr atio n .   I n   f ac t,  an   ef f icien c y   v alu e  o f   ab o u t  2 6 . 4 %  at  a   co n ce n tr atio n   o f   1 0 0   s u n s   was  ac h iev ed .   T h e  s lig h t  d e cr ea s e  in   ef f icien c y   o b s er v e d   at  r elativ ely   h ig h   co n ce n tr atio n s ,   b etwe en   1 0 0   an d   3 0 0   s u n s ,   ca n   b e  attr ib u ted   to   th e  p r esen ce   o f   s er ies  r es is tan ce .   T h is   ef f ec t  b ec o m es  m o r e  p r ed o m in an t  w ith in   th e  VM J   s u b - ce lls .   Ho wev er ,   f o r   co n ce n tr atio n s   ex ce e d in g   3 0 0   s u n s ,   th e   ef f icien cy   η   d ec r ea s es  s ig n if ic an tly .   T h is   is   d u e  t o   th e   r elati v ely   m o d est  in cr ea s e  in   th e   V OC ,   as  h ig h lig h ted   in   b o th   Fig u r es  1   an d   2 .   T h is   m ea n s   th at  th is   in cr ea s e  is   n eg lig ib le  co m p ar e d   to   th e  co n ce n tr atio n   in c r ea s e,   ju s tify in g   th e  o b s er v e d   ef f icie n cy   d ec r ea s e  at  th ese  h ig h   lev els  o f   lig h t  co n ce n tr atio n .   T h e  n ex t  s tep   is   to   s tu d y   th e  im p ac t o f   t h e  f ill f ac to r   o n   ef f icien cy ,   as p e r   in   ( 4 ) .   W e  n ee d   to   r ev is it  ( 4 )   co n s id er in g   th e  ap p r o x im atio n s   m ad e.   I t  is   n o ticea b le  th at  th e  ef f icien cy   η   is   p r o p o r tio n al  to   th e  f ill  f ac to r   F F.  T h is   s u g g ests   th at  an   in cr ea s e  in   FF   wo u ld   lead   to   an   i n cr e ase  in   η .   Ho wev er ,   th is   co r r elatio n   is   n o t   ex p e r im en tally   c o n f ir m ed .   I n   f ac t,  Fig u r e  4   p r esen ts   a   p ar a d o x i ca l  p h en o m en o n   f o r   co n ce n tr atio n s   ( >3 0 0   s u n s ) :   th er e  is   b o th   an   in cr ea s e  in   FF   f r o m   0 . 7 9 2 6   to   0 . 8 3 8 9   a n d   a   d ec r ea s e  in   th e   id ea lity   f ac to r   f r o m   2 4 . 7 5 1   to   1 7 . 2 7 2 .   Su r p r is in g ly ,   a  h i g h er   FF   d o es  n o t  n ec ess ar ily   g u ar an tee  b etter   ef f icien cy ,   as   s h o wn   in   Fig u r e   3 .   I t  is   th er ef o r e  n ec ess ar y   to   co n s id er   i n   ( 4 )   in   its   f u n d am en tal  s tate  f o r   ef f icien cy ,   wh ich   ca n   b e  ex p r ess ed   as ( 1 3 ) .     =          ( 1 3 )     Af ter   co n d u ctin g   th e  p r ev io u s   s tu d y ,   we  h av e  estab lis h e d   s ev er al  cr u cial  o b s er v atio n s   f o r   h i g h   co n ce n tr atio n s .   Firstl y ,   th e      r ea ch es  its   s atu r atio n   v alu e.   Su b s eq u en tly ,   th e  f ill  f ac to r   FF   ex p er ien ce s   a  s lig h t   in cr ea s e,   in d icatin g   a  m o d est  FF   v ar iatio n .   Fu r th er m o r e,   it  h as  b ee n   o b s er v ed   th at  th e  s h o r t - cir cu it  cu r r en t   d en s ity      d o es  n o t  s ig n if ican tly   af f ec t  th e  ef f icien cy .   T ak in g   th ese  f in d in g s   in to   ac co u n t  an d   r ef er r in g   to   in   ( 1 3 ) ,   we  ca n   co n clu d e  th at  th e   ef f icien cy   d ec r ea s e  o b s er v e d   u n d er   th ese  co n d itio n s   ca n   b e  attr ib u ted   s o lely   to   th e  s er ies r esis tan ce   ,   s h u n t  r esis tan ce   ℎ ,   o r   p o ten tially   o th er   p o o r ly   u n d er s to o d   p h y s ical  p h e n o m en a.           Fig u r e  4 .   Var iatio n   o f   f ill f ac to r   an d   id ea lity   f ac to r   v s   s u n   c o n ce n tr atio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A n a lysi s   o f h ig h - v o lta g e  s ilico n   ve r tica l m u lti - ju n ctio n   s o la r   ce lls :  u n d er c o n ce n tr a ted   …   ( Mo h a med   K h a lis )   2025   Fig u r e  5   d em o n s tr ates  th at  th e  s er ies  r esi s tan ce   R S   d ec r ea s es  f r o m   0 . 7   to   0 . 0 2 3 4 0 2   ( Ω /cm ²)   as  th e  lig h t  co n ce n tr atio n   g o es  f r o m   1   to   5 0   s u n s .   T h is   r a p id   d ec r ea s e  in   R S f o r   t h e  VM J   ce ll   is   also   a   m aj o r   r ea s o n   f o r   th e  in itial  in cr ea s e  in   ef f icien cy ,   r is in g   f r o m   1 9 . 4 1 9   to   2 4 . 9 7 7 % .   I n   th e  r a n g e  o f   5 0   to   3 0 0   s u n s ,   th er e  is   a  s lig h t  v ar iatio n   in   R S ,   m o v in g   f r o m   0 . 0 2 3 4 0 2   t o   0 . 0 0 5 5 4 6 7   ( Ω /cm ²) .   T h is   s tab ilit y   in   b eh av i o r   f u r th er   s u p p o r ts   th e   ex p lan atio n   f o r   th e   m in im al,   i f   n o t   s atu r ated ,   ef f icien c y   v ar i atio n   in   th is   co n c en tr atio n   r an g e,   f r o m   2 4 . 9 7 7   to   2 4 . 7 5 1 %,  th r o u g h   th e   p ea k   v al u e  o f   2 6 . 2 1 3 % a t 1 0 0   s u n s ,   as  s h o wn   in   Fig u r e  3 .   Fo r   co n ce n tr atio n s   ex ce ed in g   3 0 0   s u n s ,   th e   s er ies  r esis tan ce   R S   b ec o m es   v er y   lo w  an d   eq u al  t o   0 . 0 0 5 5 4 6 7   Ω .   I n   p ar allel,   th e   s h u n t  r esis tan ce   R Sh   in cr ea s es  r ap i d ly   f r o m   0 . 3 7 3 2 7   to   1 . 4 2 9 0 6   ( Ω /cm ² ) .   T h is   s wif t  in cr ea s e  in   R Sh   m ir r o r s   th e   r i s e  o f   t h e  f ill   f ac to r   FF ,   as illu s tr ated   in   Fig u r e  4 .   B ased   o n   p r ev io u s   s tu d ies,  i t  is   ev id en t   th at   th e  r ap id   d ec lin e  in   VM J   ce ll  ef f icien c y   at   h ig h   co n ce n tr atio n s   ( >3 0 0   s u n s )   is   m ain ly   attr ib u ted   t o   th e   s atu r at io n   o f      an d    .   Ho wev e r ,   it' s   eq u ally   p o s s ib le   th at  co m p lex   an d   less   ev id en t  m ec h an is m s   p lay   a  r o le  in   th is   ef f icien cy   d r o p   u n d er   h ig h   c o n ce n tr atio n .   T h ese  m ec h an is m s   in clu d e   r ec o m b in atio n   p h en o m en a,   th e  m etallic  co n tact  b etwe en   s u b - ce lls ,   as  well  as  tem p er atu r e   elev ati o n   u n d er   h i g h   co n ce n tr atio n   co n d itio n s .           Fig u r e  5 .   Var iatio n   o f   s er ies a n d   s h u n t  r esis tan ce s   v s   s u n   co n ce n tr atio n       4.   CO NCLU SI O N   T h is   p u b licatio n   in tr o d u ce s   a   th eo r etica l  s tu d y   u tili zin g   th e  least  m ea n   s q u a r es  ( L MS)   m eth o d   t o   ex tr ac t th e  p ar am eter s   o f   v er ti ca l p ar allel - ju n ctio n   s ilico n   s o lar   ce lls   u n d e r   co n ce n tr ated   illu m in atio n .   Ov er all,   th e  L MS  m eth o d   p r o v id es  an   ef f icien t  an d   s u cc in c t  ap p r o ac h   to   ex t r ac tin g   a n d   e x p r ess in g   th e  p ar a m eter s   o f   th e  VM J   ce ll  at  b o th   o n e  s u n   an d   h ig h   s o lar   illu m in atio n   lev els.  Ou r   s tu d y   h as  illu m in ated   th e  co r r elatio n   b etwe en   ce ll  ef f icien cy   an d   l ev els  o f   lig h t  co n ce n tr atio n .   I n d ee d ,   its   ef f icien cy   r ate  e v o l v es  f r o m   a r o u n d   1 9 . 4 1 9 %  at  1   s u n   to   ap p r o x im ately   2 6 . 2 1 3 %   at  1 0 0   s u n s   an d   s u b s eq u en tly   d ec r ea s es  to   ar o u n d   1 7 . 2 7 2 %   at  5 0 0   s u n s .   Similar ly ,   we  h av e  d em o n s tr ated   th at  th e  e f f icien cy   i n cr ea s es  f o r   co n ce n tr atio n s   b elo w  3 0 0   s u n s   ar e   attr ib u tab le  to   th e  elev atio n   o f   v o ltag e,   wh ich   r is es f r o m   ap p r o x im ately   1 9 . 1 4 7   V  at  1   s u n   t o   ar o u n d   2 5 . 3 1 1   V   at  3 0 0   s u n s .   T h is   in c r ea s e  is   n o t  lin k ed   to   cu r r en t   d en s ity ,   as  it  in cr ea s es  lin ea r ly   with   co n c en tr atio n .   Ho wev er ,   f o r   c o n ce n tr atio n   le v els  b ey o n d   3 0 0   s u n s ,   b o th   v o ltag e  a n d   cu r r en t   b eg in   to   s atu r ate,   lead i n g   to   a  d ec r ea s e  in   ef f icien cy .   W e  h av e  co n s id er e d   th at  th is   ef f icien cy   d ec r ea s e  m ig h t  n o t  s o lely   b e  attr ib u ted   t o   r esis tan ce   R S   an d   R Sh ,   co n tr ar y   to   p r ev io u s   ass u m p tio n s .   I n   co n clu s io n ,   v e r tical  m u lti - ju n ctio n   s ilico n   s o lar   ce lls   VM J   p r o v e  ca p ab le  o f   d eliv er in g   h i g h   v o lt ag es  ar o u n d   2 6   V,   e n s u r in g   e f f icien t  o p er atio n   ev en   at  in ten s i ties   ex ce ed in g   5 0 0   s u n s   AM 1 . 5 .   Fu r th er m o r e,   th ese  ce lls   ex h ib it  lo w   s er ies  r esis tan ce   at  h ig h   co n ce n tr atio n s ,   en h a n cin g   th eir   ap p ea l f o r   h ig h   s o lar   co n ce n tr atio n   ap p licatio n s .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   D .   S .   S t r e b k o v ,   “ A d v a n c e d   t e n d e n c i e s   i n   d e v e l o p m e n t   o f   p h o t o v o l t a i c   c e l l s  f o r   p o w e r   e n g i n e e r i n g , ”   T h e rm a l   E n g i n e e ri n g   ( E n g l i s h   t ra n sl a t i o n   o f   T e p l o e n e rg e t i k a ) ,   v o l .   6 2 ,   n o .   1 ,   p p .   7 – 1 3 ,   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 3 4 / S 0 0 4 0 6 0 1 5 1 4 1 1 0 0 9 3 .   [ 2 ]   W .   S h o c k l e y   a n d   H .   J .   Q u e i sser,   “ D e t a i l e d   B a l a n c e   Li m i t   o f   Ef f i c i e n c y   o f   p - n   Ju n c t i o n   S o l a r   C e l l s, ”   J o u r n a l   o f   Ap p l i e d   P h y si c s ,  v o l .   3 2 ,   n o .   3 ,   p p .   5 1 0 – 5 1 9 ,   M a r .   1 9 6 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 6 3 / 1 . 1 7 3 6 0 3 4 .   [ 3 ]   C .   H .   H e n r y ,   “ Li m i t i n g   e f f i c i e n c i e s o f   i d e a l   si n g l e   a n d   m u l t i p l e   e n e r g y   g a p   t e r r e st r i a l   s o l a r   c e l l s , ”   J o u r n a l   o f   A p p l i e d   P h y si c s ,   v o l .   5 1 ,   n o .   8 ,   p p .   4 4 9 4 – 4 5 0 0 ,   1 9 8 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 6 3 / 1 . 3 2 8 2 7 2 .   [ 4 ]   M .   A .   G r e e n ,   K .   Em e r y ,   Y .   H i s h i k a w a ,   a n d   W .   W a r t a ,   “ S o l a r   c e l l   e f f i c i e n c y   t a b l e s   ( v e r s i o n   3 7 ) , ”   Pr o g ress   i n   P h o t o v o l t a i c s:   Re se a rc h   a n d   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   1 9 ,   n o .   1 ,   p p .   8 4 – 9 2 ,   2 0 1 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 2 / p i p . 1 0 8 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 2 4 :   2019 - 2 0 2 6   2026   [ 5 ]   A .   V .   S a c h e n k o ,   “ La t e r a l   mu l t i j u n c t i o n   p h o t o v o l t a i c   c e l l s , ”   S e m i c o n d u c t o r   Ph y s i c s   Q u a n t u m   El e c t ro n i c s  a n d   O p t o e l e c t r o n i c s ,   v o l .   1 6 ,   n o .   1 ,   p p .   1 – 1 7 ,   F e b .   2 0 1 3 ,   d o i :   1 0 . 1 5 4 0 7 / s p q e o 1 6 . 0 1 . 0 0 1 .   [ 6 ]   T.   E sr a m  a n d   P .   L.   C h a p m a n ,   “ C o mp a r i s o n   o f   P h o t o v o l t a i c   A r r a y   M a x i m u m   P o w e r   P o i n t   Tr a c k i n g   T e c h n i q u e s , ”   I EEE   T ra n s a c t i o n s  o n   E n e r g y   C o n v e rs i o n ,   v o l .   2 2 ,   n o .   2 ,   p p .   4 3 9 – 4 4 9 ,   J u n .   2 0 0 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T EC . 2 0 0 6 . 8 7 4 2 3 0 .   [ 7 ]   C .   Zh a n g ,   J.   Z h a n g ,   Y .   H a o ,   Z.   Li n ,   a n d   C .   Zh u ,   “ A   si m p l e   a n d   e f f i c i e n t   so l a r   c e l l   p a r a m e t e r   e x t r a c t i o n   m e t h o d   f r o m   a   si n g l e   c u r r e n t - v o l t a g e   c u r v e , ”   J o u r n a l   o f   Ap p l i e d   P h y s i c s ,   v o l .   1 1 0 ,   n o .   6 ,   2 0 1 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 6 3 / 1 . 3 6 3 2 9 7 1 .   [ 8 ]   K .   N i s h i o k a ,   T .   T a k a m o t o ,   T .   A g u i ,   M .   K a n e i w a ,   Y .   U r a o k a ,   a n d   T .   F u y u k i ,   “ A n n u a l   o u t p u t   e s t i m a t i o n   o f   c o n c e n t r a t o r   p h o t o v o l t a i c   s y s t e m s   u s i n g   h i g h - e f f i c i e n c y   I n G a P / I n G a A s / G e   t r i p l e - j u n c t i o n   s o l a r   c e l l s   b a s e d   o n   e x p e r i m e n t a l   s o l a r   c e l l ’ s   c h a r a c t e r i s t i c s   a n d   f i e l d - t e s t   m e t e o r o l o g i c a l   d a t a , ”   S o l a r   E n e r g y   M a t e r i a l s   a n d   S o l a r   C e l l s ,   v o l .   9 0 ,   n o .   1 ,   p p .   5 7 – 6 7 ,   J a n .   2 0 0 6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . s o l m a t . 2 0 0 5 . 0 1 . 0 1 1 .   [ 9 ]   P .   M i a l h e ,   A .   K h o u r y ,   a n d   J.   P .   C h a r l e s,  “ A   r e v i e w   o f   t e c h n i q u e s  t o   d e t e r m i n e   t h e   s e r i e s  r e si s t a n c e   o f   s o l a r   c e l l s, ”   P h y s i c a   S t a t u s   S o l i d i   ( a ) ,   v o l .   8 3 ,   n o .   1 ,   p p .   4 0 3 – 4 0 9 ,   M a y   1 9 8 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 2 / p ssa . 2 2 1 0 8 3 0 1 4 6 .   [ 1 0 ]   M .   S .   I sl a m,   A .   I sl a m ,   a n d   M .   Z.   I sl a m,  “ W i n d   p o w e r   g e n e r a t i o n   s c a l e   ma p p i n g   o f   B a n g l a d e sh   a t   d i f f e r e n t   t u r b i n e   h e i g h t s, ”   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / i c d r e t . 2 0 1 4 . 6 8 6 1 7 3 5 .   [ 1 1 ]   M .   K h a l i s ,   Y .   M i r ,   J.   H e m i n e ,   a n d   M .   Za z o u i ,   “ Ex t r a c t i o n   o f   e q u i v a l e n t   c i r c u i t   p a r a me t e r s  o f   s o l a r   c e l l :   I n f l u e n c e   o f   t e mp e r a t u r e , ”   EPJ   Ap p l i e d   Ph y si c s ,   v o l .   5 4 ,   n o .   1 ,   2 0 1 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 5 1 / e p j a p / 2 0 1 1 1 0 0 3 9 0 .   [ 1 2 ]   F .   D i mr o t h   a n d   S .   K u r t z ,   “ H i g h - Ef f i c i e n c y   M u l t i j u n c t i o n   S o l a r   C e l l s, ”   M R S   B u l l e t i n ,   v o l .   3 2 ,   n o .   3 ,   p p .   2 3 0 – 2 3 5 ,   M a r .   2 0 0 7 ,   d o i :   1 0 . 1 5 5 7 / mr s2 0 0 7 . 2 7 .   [ 1 3 ]   K .   N i   e t   a l . ,   “ E l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c   Te c h n o l o g i e s  i n   M o r e - E l e c t r i c   A i r c r a f t :   A   R e v i e w , ”   I E EE  Ac c e ss ,   v o l .   7 ,   p p .   7 6 1 4 5 – 7 6 1 6 6 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 1 9 . 2 9 2 1 6 2 2 .   [ 1 4 ]   H .   S c h e f e r ,   L.   F a u t h ,   T .   H .   K o p p ,   R .   M a l l w i t z ,   J .   F r i e b e ,   a n d   M .   K u r r a t ,   “ D i sc u ssi o n   o n   El e c t r i c   P o w e r   S u p p l y   S y st e ms  f o r   A l l   El e c t r i c   A i r c r a f t , ”   I EE E  A c c e ss ,   v o l .   8 ,   p p .   8 4 1 8 8 – 8 4 2 1 6 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 0 . 2 9 9 1 8 0 4 .   [ 1 5 ]   B .   K a r a n a y i l ,   M .   C i o b o t a r u ,   a n d   V .   G .   A g e l i d i s,   “ P o w e r   f l o w   m a n a g e me n t   o f   i s o l a t e d   m u l t i p o r t   c o n v e r t e r   f o r   m o r e   e l e c t r i c   a i r c r a f t , ”   I EEE  T r a n s a c t i o n s  o n   P o w e r E l e c t r o n i c s ,   v o l .   3 2 ,   n o .   7 ,   p p .   5 8 5 0 – 5 8 6 1 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TP EL. 2 0 1 6 . 2 6 1 4 0 1 9 .   [ 1 6 ]   J .   C h e n ,   C .   W a n g ,   a n d   J .   C h e n ,   “ I n v e s t i g a t i o n   o n   t h e   S e l e c t i o n   o f   E l e c t r i c   P o w e r   S y s t e m   A r c h i t e c t u r e   f o r   F u t u r e   M o r e   E l e c t r i c   A i r c r a f t , ”   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   T r a n s p o r t a t i o n   E l e c t r i f i c a t i o n ,   v o l .   4 ,   n o .   2 ,   p p .   5 6 3 – 5 7 6 ,   J u n .   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T T E . 2 0 1 8 . 2 7 9 2 3 3 2 .   [ 1 7 ]   B .   L .   S a t e r   a n d   N .   D .   S a t e r ,   “ H i g h   v o l t a g e   s i l i c o n   V M J   so l a r   c e l l s  f o r   u p   t o   1 0 0 0   s u n s  i n t e n si t i e s,”   i n   C o n f e re n c e   Re c o rd   o f   t h e   I EEE  P h o t o v o l t a i c   S p e c i a l i st s   C o n f e r e n c e ,   2 0 0 2 ,   p p .   1 0 1 9 – 1 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / p v sc . 2 0 0 2 . 1 1 9 0 7 7 8 .   [ 1 8 ]   R .   P o z n e r ,   G .   S e g e v ,   R .   S a r f a t y ,   A .   K r i b u s ,   a n d   Y .   R o se n w a k s,  “ V e r t i c a l   j u n c t i o n   S i   c e l l s  f o r   c o n c e n t r a t i n g   p h o t o v o l t a i c s , ”   Pr o g ress   i n   Ph o t o v o l t a i c s:   R e se a rc h   a n d   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   2 0 ,   n o .   2 ,   p p .   1 9 7 – 2 0 8 ,   M a r .   2 0 1 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 2 / p i p . 1 1 1 8 .   [ 1 9 ]   A .   G o v e r   a n d   P .   S t e l l a ,   “ V e r t i c a l   m u l t i j u n c t i o n   so l a r - c e l l   o n e - d i m e n s i o n a l   a n a l y s i s, ”   I E EE   T ra n s a c t i o n s   o n   E l e c t r o n   D e v i c e s ,   v o l .   2 1 ,   n o .   6 ,   p p .   3 5 1 – 3 5 6 ,   Ju n .   1 9 7 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T - ED . 1 9 7 4 . 1 7 9 2 7 .   [ 2 0 ]   Y .   X i n g   e t   a l . ,   “ P e r f o r ma n c e   a n a l y si s   o f   v e r t i c a l   m u l t i - j u n c t i o n   s o l a r   c e l l   w i t h   f r o n t   s u r f a c e   d i f f u si o n   f o r   h i g h   c o n c e n t r a t i o n , ”   S o l a r   En e r g y ,   v o l .   9 4 ,   p p .   8 – 1 8 ,   A u g .   2 0 1 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . so l e n e r . 2 0 1 3 . 0 4 . 0 3 0 .   [ 2 1 ]   N .   H .   R a f a t ,   “ A   si m p l e   a n a l y t i c a l   t r e a t me n t   o f   e d g e - i l l u m i n a t e d   V M J si l i c o n   s o l a r   c e l l s , ”   S o l a r  E n e r g y ,   v o l .   8 0 ,   n o .   1 2 ,   p p .   1 5 8 8 – 1 5 9 9 ,   2 0 0 6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . s o l e n e r . 2 0 0 5 . 1 2 . 0 0 4 .   [ 2 2 ]   S .   Ze i sk e ,   W .   Li ,   P .   M e r e d i t h ,   A .   A r mi n ,   a n d   O .   J .   S a n d b e r g ,   “ L i g h t   i n t e n s i t y   d e p e n d e n c e   o f   t h e   p h o t o c u r r e n t   i n   o r g a n i c   p h o t o v o l t a i c   d e v i c e s, ”   C e l l   Re p o r t s  Ph y si c a l   S c i e n c e ,   v o l .   3 ,   n o .   1 0 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . x c r p . 2 0 2 2 . 1 0 1 0 9 6 .   [ 2 3 ]   A .   H .   A l B a y a t i ,   “ I mp l e me n t i n g   a   n o v e l   f a u l t   p r o g n o si s  t e c h n i q u e   b a s e d   o n   n o n l i n e a r   f a u l t   o b ser v e r   a n d   o n l i n e   p a r a me t e r s   e st i mat i o n , ”   I n d o n e s i a n   J o u rn a l   o f   El e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   a n d   C o m p u t e r  S c i e n c e ,   v o l .   3 1 ,   n o .   2 ,   p p .   7 1 3 – 7 2 4 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e e c s. v 3 1 . i 2 . p p 7 1 3 - 7 2 4 .   [ 2 4 ]   Y .   B a b a   a n d   M .   B o u z i ,   “ A   s t u d y   o n   mo d e l i n g   o f   a   p i e z o e l e c t r i c   mo t o r , ”   I n t e rn a t i o n a l   J o u r n a l   o f   Po w e r   E l e c t r o n i c s   a n d   D ri v e   S y s t e m s ,   v o l .   1 2 ,   n o .   2 ,   p p .   6 9 5 – 7 0 2 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p e d s. v 1 2 . i 2 . p p 6 9 5 - 7 0 2 .   [ 2 5 ]   M .   K h a l i s  a n d   R .   M a sr o u r ,   “ A n a l y s i s  o f   v e r t i c a l   m u l t i j u n c t i o n   s o l a r   c e l l s, ”   I n t e rn a t i o n a l   J o u r n a l   o f   G ree n   E n e rg y ,   v o l .   1 6 ,   n o .   1 4 ,   p p .   1 2 4 2 – 1 2 4 5 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 0 / 1 5 4 3 5 0 7 5 . 2 0 1 9 . 1 6 7 1 3 9 9 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       Mo h a m e d   K h a li s           wa s  b o rn   in   F e s  in   1 9 6 3 .   He   h o ld s  a   b a c h e lo r’s   d e g re e   i n   P h y sic s   fro m   th e   Un i v e rsity   o f   F e s.  He   a ls o   o b tai n e d   a   DES A  a n d   a   d o c to ra t e   in   C o n d e n se d   M a tt e r  fr o m   th e   Un iv e rsity   o f  Ha ss a n   I I  i n   Ca sa b lan c a ,   sp e c ializin g   in   in o rg a n ic  so lar ce ll s.  He   wo r k e d   a s   a   p h y sic s  a n d   c h e m istry   tea c h e r  in   h ig h   sc h o o l  fro m   1 9 9 3   to   2 0 2 1 .   Cu rre n tl y ,   h e   is  a n   a ss istan t   p ro fe ss o r  a t   th e   Lab o ra t o ry   fo r   S tu d ies   a n d   Re se a rc h   i n   E d u c a ti o n a l  S c ien c e s,  Did a c ti c s,  a n d   M a n a g e m e n t  a t   CRM EF   Err a c h i d ia,  M o ro c c o .   He   is   a lso   a   trai n e r  i n   t h e   fiel d s  o f   p h y sic s  a n d   p e d a g o g y .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t   e m a il :  k h a li s.m o h a m m e d @g m a il . c o m .         Ra c h id   M a sr o u r           is  fro m   M o ro c c o .   He   is  a  re se a rc h   p ro fe ss o r   in   t h e   F a c u lt y   o f   S c ien c e s  Dh a r  El   M a h ra z   a t  S i d i  M o h a m e d   Be n   A b d e ll a h   t h e   Un iv e rsity ,   F e z ,   M o r o c c o .     Dr.  Ra c h id   M a sro u r  c o m p lete d   h is  P h . D.  i n   M a rc h   2 0 0 6   a t  t h e   sa m e   u n i v e rsity .   His  re se a rc h   in tere sts  li e   in   th e   a re a s   o f  c o n d e n se d   m a tt e r  p h y sic s,  m a teria l  sc ien c e s,  so lar  e n e rg y ,   m a teria l   fo r  e n e rg y ,   a n d   m a g n e ti sm .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :  ra c h i d m a sro u r@h o tma il . c o m .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.