Published February 6, 2024 | Version v1
Publication Open

Leveraging InGaN solar cells for visible light communication reception

Creators

  • 1. University of Glasgow
  • 2. University of Engineering and Technology Lahore
  • 3. University of the West of Scotland
  • 4. COMSATS University Islamabad

Description

Abstract Solar cells are increasingly being utilised for both energy harvesting and reception in free‐space optical (FSO) communication networks. The authors focus on the implementation of a mid‐band p‐In 0.01 Ga 0.99 N/p‐In 0.5 Ga 0.5 N/n‐In 0.5 Ga 0.5 N (PPN) solar cell, boasting an impressive 26.36% conversion efficiency (under 1.5AM conditions) as a receiver within an indoor FSO communication network. Employing a solar cell with dimensions of 1 mm in length and width, the FSO system underwent simulation using Optisystm software, while the solar cell's behaviour was simulated using SCAPS‐1D. The received power from the solar cell was then compared to that of four commercially available avalanche photodiode (APD) receivers. Exploring incident wavelengths spanning 400–700 nm within the visible spectrum, across transmission distances of 5, 10, 15, and 20 m, the study presented current‐voltage (IV) and power‐voltage curves. Notably, the InGaN solar cell exhibited superior electrical power output compared to all commercial APDs. In conclusion, the findings underscore that augmenting received power has the potential to enhance FSO network quality and support extended transmission distances.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يتم استخدام الخلايا الشمسية المجردة بشكل متزايد لكل من حصاد الطاقة واستقبالها في شبكات الاتصالات البصرية في الفضاء الحر (FSO). يركز المؤلفون على تنفيذ خلية شمسية متوسطة النطاق p‐في 0.01 Ga 0.99 N/p‐في 0.5 Ga 0.5 N/n‐في 0.5 Ga 0.5 N (PPN)، تتميز بكفاءة تحويل مثيرة للإعجاب بنسبة 26.36 ٪ (في ظل ظروف 1.5AM) كجهاز استقبال داخل شبكة اتصالات FSO داخلية. باستخدام خلية شمسية بأبعاد 1 مم في الطول والعرض، خضع نظام FSO للمحاكاة باستخدام برنامج Optisystm، بينما تمت محاكاة سلوك الخلية الشمسية باستخدام SCAPS -1D. ثم تمت مقارنة الطاقة المستلمة من الخلية الشمسية بأربعة أجهزة استقبال للصمامات الثنائية الضوئية الانهيارية المتاحة تجاريًا (APD). باستكشاف الأطوال الموجية الساقطة التي تمتد من 400 إلى 700 نانومتر داخل الطيف المرئي، عبر مسافات نقل تبلغ 5 و 10 و 15 و 20 مترًا، قدمت الدراسة منحنيات التيار-الجهد (IV) والطاقة-الجهد. والجدير بالذكر أن الخلية الشمسية InGaN أظهرت خرج طاقة كهربائية متفوقًا مقارنة بجميع APDs التجارية. في الختام، تؤكد النتائج أن زيادة الطاقة المستلمة لديها القدرة على تعزيز جودة شبكة FSO ودعم مسافات الإرسال الممتدة.

Translated Description (French)

Les cellules solaires sont de plus en plus utilisées à la fois pour la récupération d'énergie et la réception dans les réseaux de communication optiques en espace libre (FSO). Les auteurs se concentrent sur la mise en œuvre d'une cellule solaire p‐In moyenne bande 0,01 Ga 0,99 N/p‐In 0,5 Ga 0,5 N/n‐In 0,5 Ga 0,5 N (PPN), bénéficiant d'une efficacité de conversion impressionnante de 26,36 % (dans des conditions 1,5 AM) en tant que récepteur au sein d'un réseau de communication intérieur FSO. Utilisant une cellule solaire de dimensions de 1 mm de longueur et de largeur, le système FSO a été simulé à l'aide du logiciel Optisystm, tandis que le comportement de la cellule solaire a été simulé à l'aide de SCAPS‐1D. La puissance reçue de la cellule solaire a ensuite été comparée à celle de quatre récepteurs à photodiode à avalanche (APD) disponibles dans le commerce. En explorant des longueurs d'onde incidentes couvrant 400–700 nm dans le spectre visible, sur des distances de transmission de 5, 10, 15 et 20 m, l'étude a présenté des courbes de courant-tension (IV) et depuissance-tension. Notamment, la cellule solaire InGaN a présenté une puissance électrique supérieure à celle de tous les APD commerciaux. En conclusion, les résultats soulignent que l'augmentation de la puissance reçue a le potentiel d'améliorer la qualité du réseau FSO et de prendre en charge des distances de transmission étendues.

Translated Description (Spanish)

Resumen Las células solares se utilizan cada vez más tanto para la recolección de energía como para la recepción en redes de comunicación ópticas de espacio libre (FSO). Los autores se centran en la implementación de una célula solar de banda media p‐In 0.01 Ga 0.99 N/p‐In 0.5 Ga 0.5 N/n‐In 0.5 Ga 0.5 N (PPN), que cuenta con una impresionante eficiencia de conversión del 26.36% (en condiciones de 1.5AM) como receptor dentro de una red de comunicación FSO interior. Empleando una célula solar con dimensiones de 1 mm de largo y ancho, el sistema FSO se sometió a simulación utilizando el software Optisystm, mientras que el comportamiento de la célula solar se simuló utilizando SCAPS-1D. La energía recibida de la célula solar se comparó con la de cuatro receptores de fotodiodo de avalancha (APD) disponibles comercialmente. Explorando longitudes de onda incidentes que abarcan 400–700 nm dentro del espectro visible, a través de distancias de transmisión de 5, 10, 15 y 20 m, el estudio presentó curvas de corriente-tensión (IV) y potencia-tensión. En particular, la célula solar InGaN mostró una potencia eléctrica superior en comparación con todos los APD comerciales. En conclusión, los hallazgos subrayan que aumentar la potencia recibida tiene el potencial de mejorar la calidad de la red FSO y soportar distancias de transmisión extendidas.

Files

ntw2.12115.pdf

Files (15.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:604328aeeb0610f057730869a69d6ebe
15.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الاستفادة من الخلايا الشمسية InGaN لاستقبال اتصالات الضوء المرئي
Translated title (French)
Tirer parti des cellules solaires InGaN pour la réception de la communication par lumière visible
Translated title (Spanish)
Aprovechamiento de las células solares InGaN para la recepción de comunicación de luz visible

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4391607298
DOI
10.1049/ntw2.12115

Is supplement to
https://openalex.org/W2921419196 (Other)
https://openalex.org/W2735278434 (Other)
https://openalex.org/W2278267464 (Other)
https://openalex.org/W2267349003 (Other)
https://openalex.org/W2171760424 (Other)
https://openalex.org/W2128433714 (Other)
https://openalex.org/W2097593946 (Other)
https://openalex.org/W2061040333 (Other)
https://openalex.org/W2017665187 (Other)
https://openalex.org/W2013531946 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1860498259
  • https://openalex.org/W1916723779
  • https://openalex.org/W1965432738
  • https://openalex.org/W1984649364
  • https://openalex.org/W2026252479
  • https://openalex.org/W2040876394
  • https://openalex.org/W2063874488
  • https://openalex.org/W2094947859
  • https://openalex.org/W2103972037
  • https://openalex.org/W2109815475
  • https://openalex.org/W2111064254
  • https://openalex.org/W2120683621
  • https://openalex.org/W2122273579
  • https://openalex.org/W2134763065
  • https://openalex.org/W2141682101
  • https://openalex.org/W2144644352
  • https://openalex.org/W2148693875
  • https://openalex.org/W2153858743
  • https://openalex.org/W2154952466
  • https://openalex.org/W2253998431
  • https://openalex.org/W2294612870
  • https://openalex.org/W2480568761
  • https://openalex.org/W2583813690
  • https://openalex.org/W2767219260
  • https://openalex.org/W2794289661
  • https://openalex.org/W2801874663
  • https://openalex.org/W2884657991
  • https://openalex.org/W2963436341
  • https://openalex.org/W2981837355
  • https://openalex.org/W3025352486
  • https://openalex.org/W3031119274
  • https://openalex.org/W3092993471
  • https://openalex.org/W3127869158
  • https://openalex.org/W3195717766
  • https://openalex.org/W4221087889
  • https://openalex.org/W4285500704
  • https://openalex.org/W4304789256
  • https://openalex.org/W4308125381
  • https://openalex.org/W4311986546
  • https://openalex.org/W4313234005
  • https://openalex.org/W4324325667
  • https://openalex.org/W4366484372
  • https://openalex.org/W4378473393
  • https://openalex.org/W4385834884
  • https://openalex.org/W4386141082
  • https://openalex.org/W4386897856
  • https://openalex.org/W4389285712
  • https://openalex.org/W4389779720