Wetenschappers van het zogeheten United States National Renewable Energy Laboratory (NREL) en het Korea Advanced Institute of Science and Technology beschrijven een methode om galliumarsenide (GaAs) zonnecellen op een germaniumsubstraat te produceren. Volgens de onderzoekers brengt deze techniek goedkoop geproduceerde GaAs-cellen een stap dichterbij.

Zonnecel met hoog rendement

GaAs-Cellen staan bekend om hun hoge prestaties en efficiëntie. Het NREL werkte al eerder met Microlink Devices om een dergelijke cel te produceren met een omzettingsrendement van maar liefst 37,75%. Echter, de productiekosten zijn bijzonder hoog en de toepassing daardoor beperkt tot niches zoals drones en satellieten, waar een laag gewicht en een hoog rendement belangrijker zijn dan de kosten.

GaAs-cel op germaniumwafer

De zogenoemde ‘germanium on nothing’-benadering van het team, beschreven in de paper Germanium-on-Nothing for Epitaxial Liftoff of GaAs Solar Cells – gepubliceerd in het tijdschrift Joule – houdt in dat er een dunne laag germanium op een germaniumwafer wordt aangebracht en dat er een GaAs-cel bovenop deze dunne laag wordt gebouwd.

Herbruikbaar substraat verlaagt kosten

De bovenste twee lagen worden van de germaniumwafer afgepeld. Vervolgens kan de onderliggende wafer als substraat worden hergebruikt. Het herbruikbaar substraat verlaagt de kosten. Met dit proces kon het team reeds een 14,44% efficiënte GaAs-zonnecel produceren. David Young, senior wetenschapper bij NREL stelt dat door optimalisaties een rendement van ruim boven de 20% kan worden bereikt.

Kosteneffectief en grootschalig

De NREL schat dat halfgeleidersubstraten voor celgroei ongeveer 30% van de kosten van een zogeheten III-V-zonnecel (groep-III-elementen zoals aluminium, gallium of indium en groep-V-elementen zoals stikstof, arseen of fosfor, red.) vertegenwoordigen. Een herbruikbaar substraat kan aanzienlijke besparingen opleveren. Het lab gaf echter niet aan hoe vaak de germaniumwafer hergebruikt kan worden en gaf geen schatting van de kosten die met het proces haalbaar zijn.

Efficientie van 37,75%

Het door Microlink ontwikkelde proces dat vorig jaar de 37,75% efficiënte cel opleverde, was gebaseerd op een galliumarsenide-substraat dat ook kan worden hergebruikt om de kosten te verlagen, maar toen was er geen claim dat de technologie een significante bijdrage zou leveren aan een kosteneffectieve productie.