Gali-arsenide (GaAs) , và các vật liệu tế bào khác từ nhóm III-V , từ lâu đã trở thành lĩnh vực quan tâm của các nhà nghiên cứu làm việc trong lĩnh vực điện mặt trời nhờ tiềm năng mang lại hiệu quả rất cao. Tuy nhiên, chi phí của vật liệu đã khiến những vật liệu này bị giới hạn trong các ứng dụng thích hợp như máy bay không người lái và du hành vũ trụ .

Làm cho các thiết bị mỏng hơn, giảm thiểu việc sử dụng các vật liệu có giá trị, là một trong những cách tiếp cận đã được khám phá nhiều để giảm chi phí sản xuất. Và đối với các ứng dụng thích hợp nơi GaA đã khả thi, việc giảm trọng lượng đạt được bằng cách làm cho thiết bị mỏng hơn là một triển vọng có giá trị và các thiết bị mỏng hơn cũng cho thấy khả năng chống lại mức bức xạ cao hơn bên ngoài bầu khí quyển của Trái đất được cải thiện.

Tuy nhiên, việc duy trì hiệu suất cao sẽ trở thành một thách thức khi độ dày giảm xuống, vì có ít vật liệu hơn để hấp thụ ánh sáng. Thêm các cấu trúc quản lý ánh sáng, có thể giữ các photon lâu hơn và tăng cơ hội bị hấp thụ và chuyển hóa thành điện năng của chúng. Đây là cách tiếp cận được thực hiện bởi các nhà khoa học tại Đại học Cambridge ở Anh, những người nhằm mục đích vượt qua những thách thức về hiệu quả với các thiết bị siêu mỏng, cho phép chúng tận dụng trọng lượng thấp hơn và khả năng chống bức xạ nội tại.

Nhóm nhà khoa học tuyên bố:  “Khả năng chịu bức xạ nội tại đã được chứng minh trước đây trên thang độ dài này là đủ để cho phép các loại nhiệm vụ mới trong môi trường thù địch cũng như các yếu tố hình thức linh hoạt nhẹ bằng cách giảm hoặc loại bỏ nhu cầu về lớp kính bảo vệ. Tuy nhiên, các bộ hấp thụ siêu mỏng có khả năng truyền sáng cao và yêu cầu hệ thống quản lý ánh sáng tích hợp để tăng dòng điện”.

Nhóm đã chế tạo các tế bào GaAs chỉ với một lớp hoạt tính chỉ dày 80 nanomet (nm), tăng thêm tới 120 nm khi các lớp trường bề mặt cửa sổ và bề mặt sau được thêm vào. Sử dụng kỹ thuật tạo mẫu được gọi là in thạch bản talbot dịch chuyển (DTL), nhóm đã tích hợp các kiến ​​trúc quản lý ánh sáng vào các tế bào và so sánh hiệu suất của chúng với các tế bào với những người khác tích hợp một gương bạc phẳng để phản chiếu ánh sáng trở lại tế bào. Họ giải thích: “[DTL] vốn dĩ phù hợp với quy mô wafer, chế tạo thông lượng cao và do đó là một cách tiếp cận khả thi để sản xuất các thiết bị quang điện diện tích lớn có quản lý ánh sáng tích hợp”.

Các thiết bị này được mô tả trong bài báo Các tế bào năng lượng mặt trời GaAs siêu mỏng với cách tử nhiễu xạ điện môi kim loại nanophotonic được chế tạo bằng phương pháp in thạch bản Talbot dịch chuyển, được xuất bản trên tạp chí Tiến bộ trong Quang điện. Nhóm đã có thể chứng minh hiệu suất 9,08% - cải thiện 68% so với thiết bị sử dụng xử lý trên tấm wafer.

Bằng cách sử dụng các mô phỏng, nhóm đã có thể chứng minh thêm rằng việc bổ sung một lớp phủ chống phản xạ và những cải tiến khác để giảm bóng bề mặt lưới phía trước, có thể nhanh chóng tăng hiệu quả này lên 16%. Họ lưu ý rằng mặc dù loại thiết bị này không hữu ích cho các ứng dụng PV chính thống, nhưng họ hy vọng sẽ mở ra những khả năng mới về sản xuất điện trong không gian và các ứng dụng tiềm năng khác. Họ kết luận: “Những kết quả này cho thấy các phương án trong tương lai của thiết bị siêu mỏng khó có thể hoàn thiện với quang điện đa chức năng tiêu chuẩn công nghiệp hiện tại về hiệu suất. Tuy nhiên, hiệu quả tiềm năng thu được của tích hợp âm nano đã được chứng minh ở đây, cùng với khối lượng thấp và khả năng chịu bức xạ vốn có, có thể cho phép các cấu hình nhiệm vụ mới và giảm chi phí phóng”.