Se muestran filas de células fotovoltaicas en lo alto de un edificio en el campus del Instituto de Tecnología de Georgia en Atlanta. Crédito:John Toon, Georgia Tech
Un equipo de investigadores de semiconductores con sede en Francia ha utilizado una capa de separación de nitruro de boro para cultivar células solares de nitruro de galio indio (InGaN) que luego se levantaron de su sustrato de zafiro original y se colocaron sobre un sustrato de vidrio.
Al combinar las células InGaN con células fotovoltaicas (PV) fabricadas con materiales como silicio o arseniuro de galio, La nueva técnica de despegue podría facilitar la fabricación de dispositivos fotovoltaicos híbridos de mayor eficiencia capaces de capturar un espectro de luz más amplio. En teoría, estas estructuras híbridas podrían aumentar la eficiencia de las células solares hasta en un 30 por ciento para un dispositivo en tándem de InGaN / Si.
La técnica es la tercera aplicación principal de la técnica de despegue de nitruro de boro hexagonal, que fue desarrollado por un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia, el Centro Nacional Francés de Investigaciones Científicas (CNRS), e Institut Lafayette en Metz, Francia. Las aplicaciones anteriores se dirigían a sensores y diodos emisores de luz (LED).
"Al juntar estas estructuras con células fotovoltaicas hechas de silicio o un material III-V, podemos cubrir el espectro visible con el silicio y utilizar la luz azul y ultravioleta con nitruro de galio indio para recolectar la luz de manera más eficiente, "dijo Abdallah Ougazzaden, director de Georgia Tech Lorraine en Metz, Francia y profesor en la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática (ECE) de Georgia Tech. "La capa de nitruro de boro no afecta la calidad del nitruro de galio indio que crece en ella, y pudimos levantar las células solares InGaN sin romperlas ".
La investigación fue publicada el 15 de agosto en la revista Fotónica ACS . Fue apoyado por la Agencia Nacional de Investigación de Francia en el marco del proyecto del Laboratorio de Excelencia GANEX y el proyecto PIA francés "Lorraine Université d'Excellence".
El primer autor Taha Ayari mide el rendimiento fotovoltaico de las células solares InGaN con un simulador solar. Crédito:laboratorio de Ougazzaden, Georgia Tech
La técnica podría conducir a la producción de células solares con mayor eficiencia y menor costo para una amplia gama de aplicaciones terrestres y espaciales. "Esta demostración de células solares transferidas basadas en InGaN sobre sustratos extraños, al tiempo que aumenta el rendimiento, representa un avance importante hacia el peso ligero, bajo costo, y aplicaciones fotovoltaicas de alta eficiencia, "escribieron los investigadores en su artículo.
"Con esta técnica, podemos procesar células solares InGaN y poner una capa dieléctrica en la parte inferior que recogerá solo las longitudes de onda cortas, "Explicó Ougazzaden." Las longitudes de onda más largas pueden pasar a través de él hacia la celda inferior. Al utilizar este enfoque, podemos optimizar cada superficie por separado ".
Los investigadores comenzaron el proceso cultivando monocapas de nitruro de boro en obleas de zafiro de dos pulgadas utilizando un proceso MOVPE a aproximadamente 1, 300 grados centígrados. El recubrimiento de la superficie de nitruro de boro tiene solo unos pocos nanómetros de espesor, y produce estructuras cristalinas que tienen fuertes conexiones superficiales planas, pero conexiones verticales débiles.
El InGaN se adhiere al nitruro de boro con fuerzas débiles de van der Waals, permitiendo que las células solares crezcan a través de la oblea y se retiren sin dañarlas. Hasta aquí, las células se han eliminado del zafiro manualmente, pero Ougazzaden cree que el proceso de transferencia podría automatizarse para reducir el costo de las células híbridas. "Ciertamente podemos hacer esto a gran escala, " él dijo.
A continuación, las estructuras de InGaN se colocan sobre el sustrato de vidrio con un reflector trasero y se obtiene un rendimiento mejorado. Más allá de demostrar la ubicación encima de una estructura fotovoltaica existente, los investigadores esperan aumentar la cantidad de indio en sus dispositivos de despegue para impulsar la absorción de luz y aumentar el número de pozos cuánticos de cinco a 40 o 50.
"Ahora hemos demostrado todos los componentes básicos, pero ahora necesitamos desarrollar una estructura real con más pozos cuánticos, ", Dijo Ougazzaden." Estamos apenas en el comienzo de esta nueva aplicación de tecnología, pero es muy emocionante ".
