Un team di ricercatori di semiconduttori con sede in Francia ha utilizzato uno strato di separazione di nitruro di boro per coltivare celle solari al nitruro di indio e gallio (InGaN) che sono state poi sollevate dal loro substrato originale di zaffiro e posizionate su un substrato di vetro.

Combinando le celle InGaN con celle fotovoltaiche (PV) realizzate con materiali come silicio o arseniuro di gallio, la nuova tecnica di decollo potrebbe facilitare la fabbricazione di dispositivi fotovoltaici ibridi ad alta efficienza in grado di catturare uno spettro di luce più ampio. Tali strutture ibride potrebbero teoricamente aumentare l'efficienza delle celle solari fino al 30% per un dispositivo tandem InGaN/Si.

La tecnica è la terza applicazione principale per la tecnica di distacco del nitruro di boro esagonale, che è stato sviluppato da un team di ricercatori del Georgia Institute of Technology, il Centro nazionale francese per la ricerca scientifica (CNRS), e Institut Lafayette di Metz, Francia. Le applicazioni precedenti miravano a sensori e diodi emettitori di luce (LED).

"Mettendo insieme queste strutture con celle fotovoltaiche in silicio o un materiale III-V, possiamo coprire lo spettro visibile con il silicio e utilizzare la luce blu e UV con nitruro di indio gallio per raccogliere la luce in modo più efficiente, " disse Abdallah Ougazzaden, direttore della Georgia Tech Lorraine a Metz, Francia e professore alla School of Electrical and Computer Engineering (ECE) della Georgia Tech. "Lo strato di nitruro di boro non influisce sulla qualità del nitruro di indio gallio cresciuto su di esso, e siamo stati in grado di sollevare le celle solari InGaN senza romperle."

La ricerca è stata pubblicata il 15 agosto sulla rivista Fotonica ACS . È stato sostenuto dall'Agenzia nazionale di ricerca francese nell'ambito del progetto Laboratorio di eccellenza GANEX e del progetto PIA francese "Lorraine Université d'Excellence".

La tecnica potrebbe portare alla produzione di celle solari con maggiore efficienza e costi inferiori per un'ampia gamma di applicazioni terrestri e spaziali. "Questa dimostrazione di celle solari a base di InGaN trasferite su substrati estranei, mentre l'aumento delle prestazioni, rappresenta un importante passo avanti verso il peso leggero, basso costo, e applicazioni fotovoltaiche ad alta efficienza, " hanno scritto i ricercatori nel loro articolo.

"Utilizzando questa tecnica, possiamo elaborare celle solari InGaN e mettere uno strato dielettrico sul fondo che raccoglierà solo le lunghezze d'onda corte, " Ha spiegato Ougazzaden. "Le lunghezze d'onda più lunghe possono passare attraverso di essa nella cella inferiore. Usando questo approccio possiamo ottimizzare ogni superficie separatamente."

I ricercatori hanno iniziato il processo coltivando monostrati di nitruro di boro su wafer di zaffiro da due pollici utilizzando un processo MOVPE a circa 1, 300 gradi Celsius. Il rivestimento superficiale in nitruro di boro ha uno spessore di pochi nanometri, e produce strutture cristalline che hanno forti connessioni superficiali planari, ma deboli collegamenti verticali.

L'InGaN si attacca al nitruro di boro con deboli forze di van der Waals, consentendo alle celle solari di crescere attraverso il wafer e rimuoverle senza danni. Finora, le celle sono state rimosse dallo zaffiro manualmente, ma Ougazzaden ritiene che il processo di trasferimento potrebbe essere automatizzato per ridurre il costo delle celle ibride. "Possiamo certamente farlo su larga scala, " Egli ha detto.

Le strutture InGaN vengono quindi posizionate sul substrato di vetro con un riflettore posteriore e si ottengono prestazioni migliorate. Oltre a dimostrare il posizionamento in cima a una struttura FV esistente, i ricercatori sperano di aumentare la quantità di indio nei loro dispositivi di decollo per aumentare l'assorbimento della luce e aumentare il numero di pozzi quantici da cinque a 40 o 50.

"Ora abbiamo dimostrato tutti gli elementi costitutivi, ma ora abbiamo bisogno di far crescere una struttura reale con più pozzi quantici, " ha detto Ougazzaden. "Siamo solo all'inizio di questa nuova applicazione tecnologica, ma è molto emozionante".