Uma equipe de pesquisadores de semicondutores com base na França usou uma camada de separação de nitreto de boro para cultivar células solares de nitreto de gálio e índio (InGaN) que foram então retiradas de seu substrato de safira original e colocadas em um substrato de vidro.

Ao combinar as células InGaN com células fotovoltaicas (PV) feitas de materiais como silício ou arseneto de gálio, a nova técnica de decolagem pode facilitar a fabricação de dispositivos fotovoltaicos híbridos de maior eficiência, capazes de capturar um espectro mais amplo de luz. Essas estruturas híbridas poderiam, teoricamente, aumentar a eficiência da célula solar em até 30 por cento para um dispositivo em tandem InGaN / Si.

A técnica é a terceira maior aplicação para a técnica de decolagem de nitreto de boro hexagonal, que foi desenvolvido por uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia, o Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica (CNRS), e o Institut Lafayette em Metz, França. As aplicações anteriores visavam sensores e diodos emissores de luz (LEDs).

"Ao colocar essas estruturas junto com células fotovoltaicas feitas de silício ou um material III-V, podemos cobrir o espectro visível com o silício e utilizar a luz azul e UV com nitreto de índio e gálio para captar a luz de forma mais eficiente, "disse Abdallah Ougazzaden, diretor da Georgia Tech Lorraine em Metz, França e professor da Escola de Engenharia Elétrica e da Computação (ECE) da Georgia Tech. "A camada de nitreto de boro não afeta a qualidade do nitreto de índio e gálio cultivado nela, e fomos capazes de retirar as células solares InGaN sem quebrá-las. "

A pesquisa foi publicada em 15 de agosto na revista. ACS Photonics . Foi apoiado pela Agência Nacional de Pesquisa da França no âmbito do projeto GANEX Laboratory of Excellence e do projeto French PIA "Lorraine Université d'Excellence".

A técnica pode levar à produção de células solares com maior eficiência e menor custo para uma ampla gama de aplicações terrestres e espaciais. "Esta demonstração de células solares baseadas em InGaN transferidas em substratos estranhos enquanto aumenta o desempenho representa um grande avanço em direção ao peso leve, baixo custo, e aplicações fotovoltaicas de alta eficiência, "escreveram os pesquisadores em seu artigo.

"Usando esta técnica, podemos processar células solares InGaN e colocar uma camada dielétrica na parte inferior que coletará apenas os comprimentos de onda curtos, "Ougazzaden explicou." Os comprimentos de onda mais longos podem passar por ele para a célula inferior. Usando essa abordagem, podemos otimizar cada superfície separadamente. "

Os pesquisadores começaram o processo cultivando monocamadas de nitreto de boro em bolachas de safira de duas polegadas usando um processo MOVPE em aproximadamente 1, 300 graus Celsius. O revestimento de superfície de nitreto de boro tem apenas alguns nanômetros de espessura, e produz estruturas cristalinas que têm fortes conexões de superfície plana, mas conexões verticais fracas.

O InGaN se liga ao nitreto de boro com forças fracas de van der Waals, permitindo que as células solares cresçam ao longo do wafer e sejam removidas sem danos. Até aqui, as células foram removidas da safira manualmente, mas Ougazzaden acredita que o processo de transferência pode ser automatizado para reduzir o custo das células híbridas. "Certamente podemos fazer isso em grande escala, " ele disse.

As estruturas InGaN são então colocadas sobre o substrato de vidro com um refletor posterior e um desempenho aprimorado é obtido. Além de demonstrar a colocação no topo de uma estrutura PV existente, os pesquisadores esperam aumentar a quantidade de índio em seus dispositivos de decolagem para aumentar a absorção de luz e aumentar o número de poços quânticos de cinco para 40 ou 50.

"Agora demonstramos todos os blocos de construção, mas agora precisamos desenvolver uma estrutura real com mais poços quânticos, "Ougazzaden disse." Estamos apenas no início desta nova aplicação de tecnologia, mas é muito emocionante. "