Strom-Selbstversorger: Mikrochip mit Solarzelle

Ein niederländisch-chinesisches Forscherteam haben es erstmals geschafft, Solarzellen direkt auf CMOS-Chips zu integrieren. Somit wird ein Mikrochip zum Strom-Selbstversorger, der netz- und akkuunabhängige autonome Systeme ermöglicht. Eine der im Rahmen des International Electron Device Meeting vorgestellten Solarzellen erreicht immerhin 7,1 Prozent Effizienz, ohne die Funktionalität des darunter liegenden Chips zu beeinträchtigen.

Effiziente Integration

Ein Mikrochip mit direkt integrierter Stromversorgung ist beispielsweise für intelligente Sensornetzwerke interessant. Wenngleich es naheliegt, Mikrochip und Solarzelle einfach getrennt zu fertigen und dann zu verbinden, ist das dem Team der Universitäten Twente http://utwente.nl , Utrecht http://uu.nl und Nankai http://www.nankai.edu.cn/english zufolge nicht der effizienteste Ansatz. Denn wenn die Solarzelle direkt auf dem CMOS-Chip gefertigt wird, ist der Materialverbrauch geringer und das entstehende System leistungsfähiger.

Um ihre integrierten Systeme zu fertigen, haben die Forscher die Solarzelle vorsichtig schichtenweise auf dem Mikrochip aufgebaut. Damit dabei die Mikroelektronik keinen Schaden nimmt, hat das Team auf amorphes Silizium sowie Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) gesetzt. Beide Materialien sind in der Fertigung von Dünnschicht-Solarzellen gebräuchlich. In Test hat sich gezeigt, dass sowohl die Solarzellen als auch die Chips problemlos funktionieren. Zudem bietet sich der Herstellungsprozess gut für eine industrielle Massenfertigung an.

Kleine Leistung

Bei amorphem Silizium hat das Team 5,2 Prozent Effizienz erreicht, die CIGS-Solarzelle lag fast zwei Prozentpunkte darüber. Damit erreicht sie gut die Hälfte der Ausbeute kommerzieller CIGS-Dünnschichtzellen – ein guter Wert für einen ersten Prototypen. Freilich ändert das nichts daran, dass Mikrochips mit integrierten Solarzellen keine Stromfresser sein dürfen, wenn tatsächlich sie autonom funktionieren sollen. Den Forschern zufolge muss die Leistungsaufnahme deutlich weniger als ein Milliwatt betragen.