Ett team av halvledarforskare baserade i Frankrike har använt ett bornitridseparationsskikt för att odla indiumgalliumnitrid (InGaN) solceller som sedan lyfts från sitt ursprungliga safirunderlag och placerades på ett glasunderlag.

Genom att kombinera InGaN -cellerna med fotovoltaiska (PV) celler tillverkade av material som kisel eller galliumarsenid, den nya lift-off-tekniken skulle kunna underlätta tillverkningen av hybrid-PV-enheter med högre effektivitet som kan fånga ett bredare spektrum av ljus. Sådana hybridstrukturer kan teoretiskt öka solcellseffektiviteten så hög som 30 procent för en InGaN/Si tandem -enhet.

Tekniken är den tredje stora applikationen för den sexkantiga bortmonteringen av bornitrid, som utvecklades av ett team av forskare från Georgia Institute of Technology, det franska nationella centret för vetenskaplig forskning (CNRS), och Institut Lafayette i Metz, Frankrike. Tidigare tillämpningar riktade sensorer och ljusdioder (lysdioder).

"Genom att sätta samman dessa strukturer med fotovoltaiska celler gjorda av kisel eller ett III-V-material, vi kan täcka det synliga spektrumet med kisel och använda det blå och UV-ljuset med indiumgalliumnitrid för att samla ljus mer effektivt, "sa Abdallah Ougazzaden, chef för Georgia Tech Lorraine i Metz, Frankrike och en professor vid Georgia Tech's School of Electrical and Computer Engineering (ECE). "Borrnitridskiktet påverkar inte kvaliteten på indiumgalliumnitrid som odlas på det, och vi kunde lyfta av InGaN -solcellerna utan att spricka dem. "

Forskningen publicerades den 15 augusti i tidskriften ACS Photonics . Det fick stöd av den franska nationella forskningsbyrån under projektet GANEX Laboratory of Excellence och det franska PIA -projektet "Lorraine Université d'Excellence".

Tekniken kan leda till produktion av solceller med förbättrad effektivitet och lägre kostnad för ett brett spektrum av mark- och rymdtillämpningar. "Denna demonstration av överförda InGaN-baserade solceller på främmande substrat samtidigt som prestandan ökar representerar ett stort framsteg mot lättvikt, låg kostnad, och högeffektiva fotovoltaiska applikationer, "skrev forskarna i sin artikel.

"Med den här tekniken, vi kan bearbeta InGaN solceller och lägga ett dielektriskt lager på botten som bara samlar de korta våglängderna, "Ougazzaden förklarade. "De längre våglängderna kan passera genom den in i bottencellen. Genom att använda detta tillvägagångssätt kan vi optimera varje yta separat."

Forskarna började processen med att odla monoskikt av bornitrid på två-tums safirskivor med hjälp av en MOVPE-process vid cirka 1, 300 grader Celsius. Borrnitrid ytbeläggningen är bara några nanometer tjock, och producerar kristallina strukturer som har starka plana ytanslutningar, men svaga vertikala anslutningar.

InGaN fäster till bornitriden med svaga van der Waals-krafter, så att solcellerna kan odlas över skivan och tas bort utan skador. Än så länge, cellerna har tagits bort från safiren manuellt, men Ougazzaden tror att överföringsprocessen kan automatiseras för att sänka kostnaden för hybridcellerna. "Vi kan verkligen göra detta i stor skala, " han sa.

InGaN-strukturerna placeras sedan på glassubstratet med en bakre reflektor och förbättrad prestanda erhålls. Förutom att demonstrera placering ovanpå en befintlig PV-struktur, forskarna hoppas kunna öka mängden indium i sina lyftanordningar för att öka ljusabsorptionen och öka antalet kvantbrunnar från fem till 40 eller 50.

"Vi har nu visat alla byggstenar, men nu måste vi växa en verklig struktur med fler kvantbrunnar, "Ougazzaden sa." Vi är bara i början av denna nya teknikapplikation, men det är väldigt spännande. "