研究人员使用氮化硼隔离层来生长氮化铟镓太阳能电池

2019-10-14 17:31:28

位于法国的一组半导体研究人员已使用氮化硼隔离层来生长氮化铟镓(InGaN)太阳能电池,然后将其从其原始蓝宝石衬底上提起并放在玻璃衬底上。

通过将InGaN电池与由硅或砷化镓等材料制成的光伏(PV)电池相结合,新的剥离技术可以促进制造能够捕获更广光谱的高效混合光伏器件。从理论上讲,这种混合结构可以将InGaN / Si串联器件的太阳能电池效率提高30%。

该技术是六方氮化硼剥离技术的第三项主要应用,该技术是由佐治亚理工学院,法国国家科学研究中心(CNRS)和法国梅斯拉法叶研究所的一组研究人员开发的。较早的应用以传感器和发光二极管(LED)为目标。

Abdallah Ougazzaden说:“通过将这些结构与由硅或III-V材料制成的光伏电池放在一起,我们可以用硅覆盖可见光谱,并利用蓝光和紫外光以及氮化铟镓来更有效地收集光,”法国梅斯的佐治亚理工学院洛林分校院长,佐治亚理工学院电气与计算机工程学院(ECE)教授。“氮化硼层不会影响在其上生长的氮化铟镓的质量,我们能够提起InGaN太阳能电池而不会使其破裂。”

这项研究于8月15日发表在ACS Photonics杂志上。它得到了法国国家研究局GANEX卓越实验室项目和法国PIA项目“洛林大学卓越”的支持。

这项技术可以提高太阳能电池的生产效率,降低成本,适用于各种地面和太空应用。研究人员在论文中写道:“此次展示了在异质衬底上转移的基于InGaN的太阳能电池,同时又提高了性能,这是朝着轻巧,低成本和高效光伏应用的重大进步。”

Ougazzaden解释说:“使用这种技术,我们可以加工InGaN太阳能电池,并在底部放置一层仅收集短波长的介电层。”“更长的波长可以通过它进入底部单元。通过使用这种方法,我们可以分别优化每个表面。”

研究人员通过在大约1300摄氏度下使用MOVPE工艺在两英寸的蓝宝石晶片上生长氮化硼单层,从而开始了该工艺。氮化硼表面涂层仅几纳米厚,并且产生具有强平面表面连接但弱垂直连接的晶体结构。

InGaN以弱的范德华力附着在氮化硼上,从而使太阳能电池能够在整个晶片上生长并被移除而不会造成损坏。到目前为止,细胞已经被手动从蓝宝石上移除了,但是Ougazzaden认为转移过程可以自动进行以降低混合细胞的成本。他说:“我们当然可以大规模地做到这一点。”

然后将InGaN结构通过背面反射器放置在玻璃基板上,并获得增强的性能。除了在现有的光伏结构上展示其位置以外,研究人员还希望增加其提升装置中的铟含量,以提高光吸收率,并将量子阱的数量从5个增加到40个或50个。

Ougazzaden说:“我们现在已经展示了所有的构造块,但是现在我们需要使用更多的量子阱来生长一个真实的结构。”“我们只是在这项新技术应用的开始,但这非常令人兴奋。”

除Ougazzaden外,研究团队还包括Georgia Tech博士。Taha Ayari,Matthew Jordan,Xin Li和Saiful Alam的学生;拉斐特研究所的Chris Bishop和Simon Gautier;佐治亚州洛林理工学院的研究员Suresh Sundaram;CNRS的Walid El Huni和Yacine Halfaya;ECE佐治亚理工学院副教授Paul Voss;Jean Paul Salvestrini,洛林大学(Georgia Tech Lorraine)的教授,欧洲经委会乔治亚理工学院的兼职教授。

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