Células solares más eficientes y baratas con el proceso de separación de nitruro de boro

Un equipo de investigadores en semiconductores con base en Francia ha utilizado una capa de separación de nitruro de boro para producir células solares de nitruro de galio indio (InGaN) que luego fueron elevadas de su sustrato de zafiro original y colocadas sobre un sustrato de vidrio.

Al combinar células de nitruro de galio indio con células fotovoltaicas hechas de materiales como silicio o arseniuro de galio, esta nueva técnica podría facilitar la fabricación de nuevas células fotovoltaicas híbridas en dispositivos capaces de capturar un mayor espectro de la luz. Estas estructuras híbridas podrían teóricamente aumentar la eficiencia de las células solares un 30%.

«Al unir estas estructuras con células fotovoltaicas hechas de silicio o de III-V, podemos cubrir el espectro visible de la luz con el silicio y utilizar la luz azul y UV con nitruro de indio y galio para recoger la luz de manera más eficiente”, señala Abdallah Ougazzaden, director del Georgia Tech Lorraine en Metz, Francia, y profesor en Georgia Tech’s School of Electrical and Computer Engineering (ECE). «La capa de nitruro de boro no afecta la calidad del nitruro de indio y galio cultivado en ella, así que pudimos elevar las células solares InGaN sin romperlas«.

Con esta técnica no sólo aumentaría la eficiencia, sino también disminuiría el coste de fabricación para un amplio abanico de estructuras, con aplicaciones terrestres y espaciales. «Utilizando esta técnica, podemos procesar células solares de nitruro de galio indio y poner una capa dieléctrica en la parte inferior, que recogerá sólo las longitudes de onda cortas de la luz«, comenta Ougazzaden. «Las longitudes de onda más largas pueden pasar a través de la celda inferior. Al utilizar este enfoque, podemos optimizar cada superficie por separado«.

Los investigadores comenzaron el proceso cultivando monocapas de nitruro de boro en obleas de sustrato de zafiro de dos pulgadas usando el proceso MOVPE a aproximadamente 1.300 grados Celsius. El recubrimiento superficial de nitruro de boro tiene sólo unos pocos nanómetros de espesor y produce estructuras cristalinas que tienen conexiones superficiales planas fuertes, pero conexiones verticales débiles.

El nitruro de galio indio se adhiere al nitruro de boro con fuerzas débiles de van der Waals, permitiendo que las células solares crezcan a través de la oblea y puedan ser retiradas sin daño. Hasta ahora, las células se han eliminado del sustrato de zafiro de forma manual, pero Ougazzaden cree que el proceso de transferencia podría automatizarse para reducir el costo de las células híbridas. «Seguramente podemos hacer ésto a gran escala«, insistió.

Las estructuras de nitruro de galio indio son entonces reemplazadas en el sustrato de cristal con un reflector situado en la parte posterior y se obtiene un rendimiento mejorado. Además de demostrar la ubicación sobre una estructura de célula fotovoltaica existente, los investigadores esperan aumentar la cantidad de indio en sus dispositivos de despegue para aumentar la absorción de la luz y el número de pozos cuánticos de 5 a 40 ó 50. Un pozo cuántico es un pozo de potencial que confina, en dos dimensiones, partículas que inicialmente tenían libertad para moverse en tres.

«Ahora hemos demostrado todos los componentes básicos, pero necesitamos desarrollar una estructura real con más pozos cuánticos«, confirma Ougazzaden. «Sólo estamos en los inicios de esta nueva aplicación de tecnología, pero es muy emocionante”.

Fuente: ACS Photonics.