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El uso de interconexiones 3D en dispositivos de energía fotónica miniaturizados da como resultado un aumento de seis veces en la utilización del área de oblea.
La Universidad de Ottawa, en colaboración con socios nacionales e internacionales, ha fabricado con éxito las primeras células fotovoltaicas micrométricas de contacto posterior del mundo. Estas células son notablemente pequeñas, sólo dos veces más gruesas que un cabello humano. Ofrecen ventajas significativas sobre las tecnologías solares tradicionales, principalmente porque reducen el sombreado causado por los electrodos en un 95%. Esta innovación tiene el potencial de reducir significativamente el costo de producción de energía, potencialmente reduciéndolo hasta tres veces.
Para avanzar en la miniaturización de chips y aumentar la densidad de energía, se desarrolló un enfoque novedoso para fabricar interconexiones 3D en células solares de múltiples uniones. Este proceso incluye técnicas como el grabado con plasma de heteroestructura III-V, la electrodeposición de oro y el pulido químico mecánico, donde las vías se integran en la heteroestructura a través del sustrato.
Se producen películas delgadas III-V de hasta 20 micrómetros mediante unión de obleas. Este método ha producido con éxito dispositivos de energía fotónica que son tres órdenes de magnitud más pequeños en comparación con los chips estándar y, al mismo tiempo, mantienen un factor de sombreado mínimo de menos del 3%.
El uso de interconexiones 3D da como resultado un aumento de seis veces en la utilización del área de oblea en comparación con las interconexiones 2D tradicionales en dispositivos de energía fotónica miniaturizados. Estos avances no solo mejoran el rendimiento energético por oblea, sino que también allanan el camino para dispositivos miniaturizados de alta densidad en aplicaciones como energía a través de fibra, Internet de las cosas y microconcentradores fotovoltaicos.
Este estudio presenta un enfoque innovador para mejorar los dispositivos de energía a través de interconexiones tridimensionales (3D), con especial atención a las heteroestructuras III-V. Tradicionalmente, el desafío a la hora de densificar dispositivos de energía ha sido superar las limitaciones de la litografía y el embalaje bidimensionales. La integración 3D, ya perfeccionada en la electrónica basada en silicio, ofrece una solución viable a este desafío.
Este trabajo demuestra el potencial de las interconexiones 3D en varios dispositivos de potencia, incluidos módulos electrónicos de potencia de GaN y SiC, dispositivos de alta frecuencia como transistores de alta movilidad de electrones (HEMT) y transistores bipolares de heterounión (HBT), dispositivos betavoltaicos y convertidores termofotovoltaicos. La principal ventaja de las interconexiones 3D en estas aplicaciones es la reducción de las sombras, la corriente oscura parásita y las pérdidas resistivas, aumentando así la densidad de potencia y la eficiencia.
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