位于法國的一組半導(dǎo)體研究人員利用氮化硼分離層生長氮化銦鎵(InGaN)太陽能電池，然后將其從原始藍寶石襯底上剝離并放置在玻璃基板上。

通過將InGaN電池與由硅或砷化鎵等材料制成的光伏(PV)電池相結(jié)合，新的剝離技術(shù)可以促進制造能夠捕獲更廣泛光譜的更高效率的混合PV器件。對于InGaN / Si串聯(lián)器件，這種混合結(jié)構(gòu)理論上可以將太陽能電池效率提高高達30%。

該技術(shù)是六角形氮化硼剝離技術(shù)的第三個主要應(yīng)用，該技術(shù)由佐治亞理工學(xué)院，法國國家科學(xué)研究中心(CNRS)的研究人員和法國梅斯的拉斐特研究所開發(fā)。 。早期的應(yīng)用針對傳感器和發(fā)光二極管(LED)。

“通過將這些結(jié)構(gòu)與硅或III-V材料制成的光伏電池結(jié)合在一起，我們可以用硅覆蓋可見光譜，并利用藍光和紫外光與氮化銦鎵更有效地聚光，”Abdallah Ougazzaden說，喬治亞理工學(xué)院洛林的主任，法國梅斯，佐治亞理工學(xué)院電氣與計算機工程學(xué)院(ECE)教授。“氮化硼層不會影響在其上生長的氮化銦鎵的質(zhì)量，我們能夠剝離InGaN太陽能電池而不會破壞它們。”

該研究于8月15日發(fā)表在ACS Photonics雜志上。它得到了法國國家研究機構(gòu)的支持，該項目由GANEX卓越實驗室項目和法國PIA項目“LorraineUniversitéd'Excellence”提供支持。

該技術(shù)可以為太陽能電池的生產(chǎn)提供更高的效率和更低的成本，適用于廣泛的地面和空間應(yīng)用。研究人員在他們的論文中寫道：“這種在異質(zhì)基板上轉(zhuǎn)移InGaN基太陽能電池的演示，同時提高了性能，代表了輕質(zhì)，低成本和高效光伏應(yīng)用的重大進步。”

“使用這種技術(shù)，我們可以處理InGaN太陽能電池，并在底部放置一層介電層，只收集短波長，”Ougazzaden解釋道。“較長的波長可以通過它進入底部單元。通過使用這種方法，我們可以單獨優(yōu)化每個表面。”

研究人員在大約1300攝氏度下使用MOVPE工藝在兩英寸藍寶石晶片上生長單層氮化硼開始了這一過程。氮化硼表面涂層僅為幾納米厚，并且產(chǎn)生具有強平面表面連接但具有弱垂直連接的晶體結(jié)構(gòu)。

InGaN以弱的范德華力附著到氮化硼上，允許太陽能電池在晶片上生長并且在沒有損壞的情況下被移除。到目前為止，手動將電池從藍寶石中移除，但Ougazzaden認為轉(zhuǎn)移過程可以自動化以降低混合電池的成本。“我們當(dāng)然可以大規(guī)模地做到這一點，”他說。

然后將InGaN結(jié)構(gòu)放置在具有背面反射器的玻璃基板上，并獲得增強的性能。除了展示在現(xiàn)有PV結(jié)構(gòu)上的放置之外，研究人員希望增加其剝離裝置中的銦量以增加光吸收并將量子阱的數(shù)量從5增加到40或50。

“我們現(xiàn)在已經(jīng)展示了所有的構(gòu)建模塊，但現(xiàn)在我們需要用更多的量子井來建立一個真正的結(jié)構(gòu)，”Ougazzaden說。“我們剛剛開始使用這項新技術(shù)，但它非常令人興奮。”