Bornitrid separationsproces kunne lette solceller med højere effektivitet

Et team af halvlederforskere baseret i Frankrig har brugt et bornitrid -separationslag til at dyrke indiumgalliumnitrid (InGaN) solceller, der derefter blev løftet af deres originale safirsubstrat og anbragt på et glassubstrat.

Ved at kombinere InGaN -cellerne med fotovoltaiske (PV) celler fremstillet af materialer som silicium eller galliumarsenid, den nye lift-off-teknik kunne lette fremstilling af hybrid-PV-enheder med højere effektivitet, der kunne fange et bredere spektrum af lys. Sådanne hybridstrukturer kunne teoretisk øge solcelleeffektiviteten så højt som 30 procent for en InGaN/Si tandem -enhed.

Teknikken er den tredje store anvendelse til den sekskantede bortrivning af bornitrid, som blev udviklet af et team af forskere fra Georgia Institute of Technology, det franske nationale center for videnskabelig forskning (CNRS), og Institut Lafayette i Metz, Frankrig. Tidligere applikationer målrettede sensorer og lysemitterende dioder (LED'er).

"Ved at sætte disse strukturer sammen med fotovoltaiske celler lavet af silicium eller et III-V-materiale, vi kan dække det synlige spektrum med silicium og bruge det blå og UV -lys med indiumgalliumnitrid til at samle lys mere effektivt, sagde Abdallah Ougazzaden, direktør for Georgia Tech Lorraine i Metz, Frankrig og professor ved Georgia Tech's School of Electrical and Computer Engineering (ECE). "Bornitridlaget påvirker ikke kvaliteten af ​​det indiumgalliumnitrid, der dyrkes på det, og vi kunne løfte InGaN -solcellerne uden at revne dem. "

Forskningen blev offentliggjort 15. august i tidsskriftet ACS Photonics . Det blev støttet af det franske nationale forskningsagentur under projektet GANEX Laboratory of Excellence og det franske PIA -projekt "Lorraine Université d'Excellence".

Teknikken kan føre til produktion af solceller med forbedret effektivitet og lavere omkostninger til en bred vifte af terrestriske og rumlige applikationer. "Denne demonstration af overførte InGaN-baserede solceller på fremmede underlag, mens øget ydeevne repræsenterer et stort fremskridt mod letvægts, lavpris, og højeffektive fotovoltaiske applikationer, "skrev forskerne i deres papir.

"Ved hjælp af denne teknik, vi kan behandle InGaN solceller og lægge et dielektrisk lag på bunden, der kun opsamler de korte bølgelængder, "Forklarede Ougazzaden." De længere bølgelængder kan passere igennem den ind i bundcellen. Ved at bruge denne fremgangsmåde kan vi optimere hver overflade separat. "

Forskerne begyndte processen med at dyrke monolag af bornitrid på to-tommer safirskiver ved hjælp af en MOVPE-proces på cirka 1, 300 grader Celsius. Bornitridoverfladen er kun få nanometer tyk, og producerer krystallinske strukturer, der har stærke plane overfladeforbindelser, men svage lodrette forbindelser.

InGaN fastgøres til bornitridet med svage van der Waals -kræfter, så solcellerne kan dyrkes på tværs af skiven og fjernes uden skader. Indtil nu, cellerne er blevet fjernet fra safiren manuelt, men Ougazzaden mener, at overførselsprocessen kunne automatiseres for at nedbringe omkostningerne ved hybridcellerne. "Vi kan bestemt gøre dette i stor skala, " han sagde.

InGaN -strukturerne placeres derefter på glassubstratet med en refleks på bagsiden, og der opnås forbedret ydeevne. Udover at demonstrere placering oven på en eksisterende PV -struktur, forskerne håber at øge mængden af ​​indium i deres lift-off-enheder for at øge lysabsorptionen og øge antallet af kvanteboringer fra fem til 40 eller 50.

"Vi har nu demonstreret alle byggestenene, men nu er vi nødt til at vokse en reel struktur med flere kvantebrønde, "Sagde Ougazzaden." Vi er lige i begyndelsen af ​​denne nye teknologiapplikation, men det er meget spændende. "