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氮化硼分离工艺可以促进更高效的太阳能电池

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宽光谱的更高效率的混合PV器件。对于InGaN / Si串联器件,这种混合结构理论上可以将太阳能电池效率提高高达30%。

该技术是六角形氮化硼剥离技术的第三个主要应用,由佐治亚理工学院,法国国家科学研究中心(CNRS)和法国梅斯研究所拉斐特研究所的研究人员开发。 。早期的应用针对传感器和发光二极管(LED)。

“通过将这些结构与硅或III-V材料制成的光伏电池结合在一起,我们可以用硅覆盖可见光谱,并利用蓝光和紫外光与氮化铟镓更有效地聚光,”Abdallah Ougazzaden说,乔治亚理工学院洛林的主任,法国梅斯,乔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,我们能够剥离InGaN太阳能电池而不会破坏它们。”

该研究于8月15日发表在ACS Photonics杂志上。它得到了法国国家研究机构的支持,该项目由GANEX卓越实验室项目和法国PIA项目“LorraineUniversitéd'Excellence”提供支持。

该技术可以为太阳能电池的生产提供更高的效率和更低的成本,适用于广泛的地面和空间应用。研究人员在他们的论文中写道:“这种在异质衬底上转移InGaN基太阳能电池的演示,同时提高了性能,代表了轻质,低成本和高效光伏应用的重大进步。”

“使用这种技术,我们可以处理InGaN太阳能电池,并在底部放置一层介电层,只收集短波长,”Ougazzaden解释道。“较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。”

研究人员在大约1300摄氏度下使用MOVPE工艺在两英寸蓝宝石晶片上生长单层氮化硼开始了这一过程。氮化硼表面涂层仅为几纳米厚,并且产生具有强平面表面连接但具有弱垂直连接的晶体结构。

InGaN以弱的范德华力附着到氮化硼上,允许太阳能电池在晶片上生长并且在没有损坏的情况下被移除。到目前为止,手动将电池从蓝宝石中移除,但Ougazzaden认为转移过程可以自动化以降低混合电池的成本。“我们当然可以大规模地做到这一点,”他说。

然后将InGaN结构放置在具有背面反射器的玻璃基板上,并获得增强的性能。除了展示在现有PV结构上的放置之外,研究人员希望增加其剥离装置中的铟量以增加光吸收并将量子阱的数量从5增加到40或50。

“我们现在已经展示了所有的构建模块,但现在我们需要用更多的量子井来建立一个真正的结构,”Ougazzaden说。“我们刚刚开始使用这项新技术,但它非常令人兴奋。”

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