Chapter 8: Photonic Devices

Example 8.1 Page no 293

In [1]:
#Exa 8.1
#Find Steady state photocurrent density

#given data 
NA=10**22               #in atoms/m**3
ND=10**22               #in atoms/m**3
De=25*10**-4           	#in m**2/s
Dh=10**-3		#in m**2/s
TAUeo=500		#in ns
TAUho=100		#in ns
ni=1.5*10**16		#in atoms/m**3
VR=-10			#in Volt
epsilon=11.6*8.854*10**-12	#in F/m
e=1.6*10**-19			#in Coulamb
VT=26				#in mV
GL=10**27			#in m**-3 s**-1


#calculation
import math
Le=math.sqrt(De*TAUeo*10**-9)	#in um
Le=Le*10**6			#in um
Lh=math.sqrt(Dh*TAUho*10**-9)	#in um
Lh=Lh*10**6			#in um
Vbi=VT*10**-3*math.log(NA*ND/ni**2)	#in Volt
Vo=Vbi				#in Volt
VB=Vo-VR			#in Volt
W=math.sqrt((2*epsilon*VB/e)*(1/NA+1/ND))	#in um
W=W*10**6			#in um
JL=e*(W+Le+Lh)*10**-6*GL	#in A/cm**2

#Result
print "Steady state photocurrent density is ",round(JL/10**4,3),"A/cm**2"
Steady state photocurrent density is  0.726 A/cm**2

Example 8.2 Page no 295

In [5]:
#Exa 8.2
#Find Steady state photocurrent density

#given data 
import math
W=25			#in um
PhotonFlux=10**21	#in m**2s**-1
alfa=10**5		#in m**-1
e=1.6*10**-19		#in Coulambs

#calculation
GL1=alfa*PhotonFlux	#in m**-3s**-1
GL2=alfa*PhotonFlux*math.exp(-alfa*W*10**-6)	#in m**-3s**-1
JL=e*PhotonFlux*(1-math.exp(-alfa*W*10**-6))	#in mA/cm**2

#Result
print"Steady state photocurrent density is ",round(JL/10,2),"mA/cm**2"
Steady state photocurrent density is  14.69 mA/cm**2

Example 8.3 Page no 304

In [15]:
#Exa 8.3
#DEtermine Open circuit voltage .

#given data 
NA=7.5*10**24		#in atoms/m**3
ND=1.5*10**22		#in atoms/m**3
De=25.0*10**-4		#in m**2/s
Dh=10.0**-3		#in m**2/s
TAUeo=500.0		#in ns
TAUho=100.0		#in ns
ni=1.5*10**16		#in atoms/m**3
VR=-10.0			#in Volt
epsilon=11.6*8.854*10**-12	#in F/m
e=1.6*10**-19		#in Coulamb
VT=26.0			#in mV
GL=10.0**27		#in m**-3 s**-1

#Calculation
import math
Le=math.sqrt(De*TAUeo*10**-9)	#in m
Le=Le*10**6			#in um
Lh=math.sqrt(Dh*TAUho*10**-9)	#in m
Lh=Lh*10**6			#in um
JS=e*(ni**2)*(De/(Le*10**-6*NA)+Dh/(Lh*10**-6*ND))	#in A/cm**2
JL=12.5				#in mA/cm**2
VOC=VT*math.log(1.0+((JL*10**-3)/(JS*10**-4)))		#in Volt

#Result
print"Open circuit voltage is",round(VOC/1000,3),"V"
Open circuit voltage is 0.522 V

Example 8.4 Page no 304

In [2]:
#Exa 8.4
#Find The total no. of cells required
#given data 
Vout=28			#in Volts
Vcell=0.45		#in Volt
n=Vout/Vcell		#Unitless
Iout=1			#in A
Icell=50		#in mA

#Calculation
m=Iout/(Icell*10**-3)	#unitless

#Result
print"The total no. of cells required : ",round(m*n)
#Note : Answer in the book is wrong.
The total no. of cells required :  1244.0