Nowe postępy w dziedzinie wielozłączowych ogniw słonecznych
InGaN ma wielki potencjał w tworzeniu wysokowydajnych wielozłączowych urządzeń fotowoltaicznych (PV) ze względu na swoje silne właściwości absorpcyjne i szeroki zakres pasm wzbronionych. Jednak z powodu szeregu czynników technicznych jego wydajność konwersji wciąż nie jest wystarczająca, by móc konkurować na rynku. W ramach projektu SOLARIN (Solar cells based on InGaN nanostructures on silicon) naukowcy przyjęli nowe metody projektowania ogniw słonecznych InGaN, które być może pozwolą uzyskać wielozłączowe ogniwa obejmujące całe widmo słoneczne i zapewnią wysoką wydajność konwersji. W projekcie uwzględniono tak ważne kwestie, jak stabilność w warunkach silnego promieniowania słonecznego oraz zgodność z technologią krzemową. W projekcie początkowo skupiono się na badaniach podstawowych pojedynczych warstw InGaN-na-krzemie, by następnie przejść do wyrobu i charakterystyki urządzeń scalających InGaN w regionie p-domieszkowanym. Do kontrolowania wzrostu warstwy InGaN naukowcy zastosowali wspomagany plazmą proces epitaksji wiązką molekularną, uzyskując wysokiej jakości błony InGaN o wysokiej zawartości In (30%). InGaN wyhodowano na roztworze buforowym GaN na przezroczystym substracie: szafirze. Jednak tę samą metodę można zastosować dla substratów krzemowych. W procesie syntezy błon o wysokiej zawartości In, grubość i skład błony zależą nie tylko od warunków wzrostu, ale także od stanu odkształcenia narzuconego przez warstwy dolne. Naukowcy zaobserwowali wzajemną zależność między relaksacją naprężeń a zawartością In w grubych warstwach InGaN. Zespół opracował konstrukcję podwójnego styku typu p na bazie niklu i złota, przezwyciężając w ten sposób trudności związane z przezroczystością i gromadzeniem się nośnika. Choć nowo opracowanym ogniwom słonecznym wciąż daleko do ogniw o rekordowych osiągach, prace te były innowacyjne, ponieważ nie zastosowano żadnej obróbki powierzchniowej, ani względem powłoki górnej, ani spodniej. Projekt SOLARIN dążył do tego, by Europa nadal wiodła prym w dziedzinie wysokowydajnych PV. Szerokopasmowe ogniwa słoneczne InGaN to główny przyczynek do zwiększenia zasięgu technologii, które obejmują PV zintegrowane z budynkami, ogrodzenia elektryczne i pompy wodne zasilane energią słoneczną, systemy elektryfikacji obszarów wiejskich z użyciem PV, systemy uzdatniania wody oraz pojazdy zasilane energią kosmiczną i słoneczną.
Słowa kluczowe
Wielozłączowe, ogniwa słoneczne, InGaN, fotowoltaika, krzem, zasilane energią słoneczną
