Halbleiter schälen und stempeln

Hoch effiziente Solarzellen und schnellere Schaltkreise können durch ein neues Produktionsverfahren für Galliumarsenid-Schichten günstiger werden

Solarzelle aus geschälten Galliumarsenid-Schichten
Solarzelle aus geschälten Galliumarsenid-Schichten

Urbana-Champaign (USA) - Unbestritten dominiert Silizium die Produktion von Solarzellen und Computerchips. Und das, obwohl andere Halbleiter-Materialien Elektronen schneller transportieren und Sonnenlicht viel effizienter in Strom umwandeln können. Verwehren bisher zu hohe Produktionskosten dünnen Schichten aus Galliumarsenid den Weg zum Massenmarkt, könnte sich das mit einer neuen Fertigungsmethode nun ändern. Schälen und Stempeln von Halbleiter-Schichten sind die Tricks, die amerikanische Forscher in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift "Nature" präsentieren.

"Wir glauben, dass unser Ansatz es bei den Kosten mit allen anderen verfügbaren Ansätzen aufnehmen kann", sagt John A. Rogers von der University of Illinois in Urbana-Champaign. Dazu haben Rogers und sein Team hochreine Schichten aus Verbindungshalbleitern von einem gewachsenen Halbleiter-Stapel abgeschält und über ein Stempelverfahren auf Oberflächen aus Glas oder Kunststoff deponiert. Um die weiten Anwendungsmöglichkeiten zu demonstrieren, fertigten sie aus abgeschälten Galliumarsenid-Schichten sowohl Transistoren und Solarzellen als auch Sensorflächen wie sie in Infrarotkameras genutzt werden.

Tatsächlich könnte mit dieser Methode der Sprung in die Massenfertigung von Galliumarsenid-Schichten und anderen Verbindungshalbleitern gelingen. Vor allem für Anwendungen, bei denen Licht eine Rolle spielt - seien es Solarzellen, Leuchtdioden oder optoelektronische Lichtleiter - gehören diese Materialien zum Besten, was verfügbar ist. Bisher sind die abgeschälten und gestempelten Schichten jedoch nur 500 Mikrometer groß. Für Lichtsensoren und kleine Leuchtdioden reicht das aus, für Solarzellen wären allerdings größere Flächen wünschenswert.

Doch auch diese Hürden halten Rogers und Kollegen für überwindbar. So haben die Universitätsforscher bereits das Unternehmen Semprius gegründet, das die Technologie bis zur Marktreife treiben soll. Für Solarzellen, die bis zu 40 Prozent des Sonnenlichts in elektrischen Strom wandeln können, haben sie sich schon ein Ziel gesteckt. Fertigungskosten von einem US-Dollar pro Watt Leistung sollen erreicht werden. Damit hätten Verbindungshalbleiter gute Chancen im Wettbewerb mit dem etablierten Silizium.