Mezinárodní výzkumná skupina využila průchody přes substrát k vytvoření 3D propojení v solárních článcích III-V s architekturou trojitého spoje. Zjistilo se, že nový design článku má nízký stínící faktor pod 3 % a 6 násobné zvýšení využití plochy plátku ve srovnání s články založenými na 2D propojení.
Výzkumníci z Université de Sherbrooke v Kanadě vyrobili miniaturizované zadní kontaktní trojité spoje III-V solární články. Ty mají nízký stínící faktor a vysoké využití plochy plátku.
,,Vyvinuli jsme buňky s trojitým spojením o velikosti dvakrát větší než je tloušťka pramene vlasů,“ uvedl autor výzkumu Matthieu De Lafontaine. ,,Mikrometrické fotovoltaické články mají významné výhody oproti konvenčním solárním technologiím. Snižují stínění vyvolané elektrodou o 95 % a potenciálně až trojnásobně snižují náklady na výrobu energie.“
Podle De Lafontainea se tyto vlastnosti hodí k různým aplikacím, od zahušťování elektronických zařízení po oblasti, jako jsou solární články i přenosná elektronická zařízení. Ale i lehké jaderné baterie pro průzkum vesmíru, stejně jako miniaturizace zařízení pro telekomunikace a internet.
Vědci postavili trojrozměrné buňky s trojrozměrnými (3D) propojeními založenými na průchodech přes substrát (TSV). Ty se běžně používají k vytváření 3D integrovaných obvodů v mikroelektromechanických systémech. Skládají se z vertikálních elektrických spojů, které zcela procházejí křemíkovým plátkem.
„U fotovoltaiky mohou 3D propojení zvýšit účinnost konverze a snížit stínování,“ vysvětlili. ,,Použití TSV k přenosu předního kontaktu na zadní stranu přes zařízení by mohlo zmírnit stínování, příspěvek temného proudu a ztráty odporu.“
První pokus o sestavení mikrometrických III-V fotovoltaických článků se zpětným kontaktem
Skupina aplikovala tento nový koncept na solární články s trojitým spojením III-V. Ty jsou dobře známé pro vysoký výkon a účinnost. Ale také pro stínění a odporové ztráty. ,,Základní proces však nezávisí na konkrétní heterostruktuře. Což znamená, že by mohl být aplikován na čtyři nebo více spojovacích solárních článků,“ uvedli.
Navíc náklady na výrobu článků vyrobených z materiálů III-V je omezily na specializované aplikace. Jako jsou např. drony a satelity, kde nízká hmotnost a vysoká účinnost jsou naléhavějšími problémy než náklady.
Základem článku je horní článek vyrobený z india, galia a fosforu (InGaP), střední zařízení využívající indium, galium a arsenid (InGaAs) a spodní článek vyrobený z germania (Ge). Vědci použili wafer bonding ke zpracování 20 μm tenkých III-V filmů. Podařilo se jim výrazně zmenšit pokovenou plochu na přední straně celého solárního článku prostřednictvím 3D propojení.
Při testování za standardních podmínek osvětlení dosáhl článek účinnosti přeměny energie 18,3 % při napětí naprázdno 2,276 V, hustotě zkratového proudu 8,61 mA/cm2 a faktor plnění 82,1 %.
Také se zjistilo, že nový design článku dosahuje malého stínícího faktoru pod 3 % a 6 násobného zvýšení využití plochy plátku ve srovnání s články založenými na 2D propojení. „Výsledky simulace ukázaly, že TSV by mohly snížit sériový odpor o 70 %. A to ve srovnání se standardními kontakty na solárních článcích s trojitým spojením,“ uvedla skupina.
Tým zahrnuje akademiky z kanadské University of Ottawa a Université Grenoble Alpes CNRS ve Francii. Prezentovali zařízení v článku „3D propojení pro III-V polovodičové heterostruktury pro miniaturizovaná výkonová zařízení“, publikovaném v Cell Reports Physical Science.
„Vývoj těchto prvních mikrometrických fotovoltaických článků se zadním kontaktem je zásadním krokem v miniaturizaci elektronických zařízení,“ uzavřeli.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
