太阳能电池堆叠制造技术

太阳能电池堆叠，其主要具有III‑V族半导体层，太阳能电池堆叠具有第一部分电池、第二部分电池和中间层序列，第一部分电池具有第一带隙和第一晶格常数，第二部分电池具有第二带隙和第二晶格常数，中间层序列布置在两个部分电池之间，中间层序列具有第一势垒层、隧道二极管和第二势垒层，这些层以所提及的顺序布置。隧道二极管具有退化的n+层和退化的p+层，n+层具有第三晶格常数，p+层具有第四晶格常数，第四晶格常数小于第三晶格常数，第一带隙小于第二带隙，p+层具有与n+层不同的材料成分。p+层包含至少5％的铟且包含碳作为掺杂剂，隧道二极管的这些层和中间层序列的其他层彼此不应力补偿。

【技术实现步骤摘要】
太阳能电池堆叠
本专利技术涉及一种太阳能电池堆叠。
技术介绍
由W.Guter等人的《InvestigationanddevelopmentofIII-V-triple-junctionconcentratorsolarcells》，第22届欧洲光伏太阳能会议，2007年9月3-7日，意大利米兰，第122-125页已知这种太阳能电池堆叠。由A.Bett等人的《Highestefficiencymulti-junctionsolarcellforterrestrialandspaceapplications》，第24届欧洲光伏太阳能会议和展览，2009年9月21-25日，德国，汉堡，会议1AP.1.1，第1-6页已知一种具有应力补偿的隧道二极管的多结太阳能电池。由EP2251912A1已知一种堆叠状的单片的多结太阳能电池，其具有太阳能电池之间的改善的电流传导。在此，在两个彼此相继的太阳能电池之间布置有具有彼此张紧(verspannt)的退化层的隧道二极管。拉伸地张紧的退化层以压缩地张紧的退化层补偿。退化层要么实施为掺杂碳的退化的p+层，要么实施为掺杂碲或硅的退化的n+层。通过补偿张紧，没有张紧作用于包围隧道二极管的层，换句话说，张紧的总和是零。在另一实施方式中，为了应力补偿，不仅隧道二极管的退化层、而且直接包围隧道二极管的层优选地包括势垒层。退化的n+层一直不张紧并且具有直接贴靠的势垒层的晶格常数，而退化的p+层当前一直要么拉伸地张紧要么压缩地张紧。相应地，贴靠在退化的(entartet)p+层处的势垒层拉伸地或压缩地张紧。通过又补偿张紧，没有张紧作用于包围势垒层的层，换句话说，张紧的总和是零。对于具有变质的缓冲区的新型太阳能电池的隧道二极管材料的典型措施是使隧道二极管层与衬底晶格常数晶格匹配或与变质的结构中的新的虚拟的衬底晶格常数晶格匹配。同时，隧道二极管层应该具有对于电流承载能力足够高的掺杂和对于处于其下的部分电池足够高的透明度。在具有明显大于5％的铟含量的变质的太阳能电池概念中的应力补偿的隧道二极管的情况下，导致在彼此补偿的退化的p+层与n+层之间(例如EP2251192A1中的应力补偿的隧道二极管层)的大的晶格常数差别，使得拉伸地张紧的隧道二极管层塑性地松弛并且断裂。由此产生的线错位或甚至裂缝可能到达直至与p-n结邻接的部分电池中，并且在那里作用为对于所生成的载流子的非辐射复合的中心，使得多结太阳能电池的效率明显降低。如由W.Guter等人的《InvestigationanddevelopmentofIII-V-triple-junctionconcentratorsolarcells》，第22届欧洲光伏太阳能会议，2007年9月3-7日，意大利米兰，第122-125页已知的那样，虽然由AlInGaAs构成的退化的p+层以变质的多结太阳能电池结构中的高的In含量导致改善与虚拟的衬底的晶格常数匹配。然而该材料与AlGaAs相比较难以进行p掺杂。此外，在以四溴化碳(CBr4)进行非本征的掺杂的情况下，在例如具有TMIn的MOVPE反应器中出现预反应，这导致被抑制的铟渗入并且因此导致差的晶格匹配。结果，退化的p+层塑性地松弛并且产生线错位或裂缝，并且降低变质的多结太阳能电池的效率。一种替代的p掺杂的隧道二极管材料是(Al)GaAsSb。该材料系统可以通过As/Sb比例匹配于不同的晶格常数并且同时变得高p掺杂(例如本征的碳掺杂或CBr4掺杂)。(Al)GaAsSb用于制造晶格匹配的隧道二极管结构。当然，与砷化物和磷化物相比较，对于该材料体系通常需要MOVPE(金属有机气相外延)反应器的特殊配置和特殊的原材料。
技术实现思路
在这些背景下，本专利技术的任务在于，提出一种设备，该设备扩展现有技术并且通过p+层的更好的晶格匹配尤其提高变质的太阳能电池的效率并且同时尽可能少地降低隧道二极管的电流承载能力。该任务通过具有权利要求1的特征的太阳能电池堆叠解决。本专利技术的有利的设计方案是从属权利要求的主题。根据本专利技术的主题，提供一种具有多个III-V族半导体层的太阳能电池堆叠，其中，太阳能电池堆叠具有第一部分电池(其具有第一带隙和第一晶格常数)和第二部分电池(其具有第二带隙和第二晶格常数)。在两个太阳能电池之间布置有中间层序列。中间层序列具有第一势垒层、第一隧道二极管和第二势垒层，其中，这些层以所提及的顺序布置。隧道二极管具有具有第三晶格常数的退化的n+层和具有第四晶格常数的退化的p+层，其中，第四晶格常数小于第三晶格常数，并且第一带隙小于第二带隙，并且p+层具有与n+层不同的具有铟的材料成分。n+层布置在第一势垒层与p+层之间。p+层布置在n+层与第二势垒层之间。在第一替代方案中，第一部分电池和第二部分电池彼此晶格匹配，并且p+层具有具有至少0.5％的晶格失配的更小的晶格常数，。在第二替代方案中，在第一部分电池与第二部分电池之间构造有变质(metamorph)的缓冲区，其中，隧道二极管的退化的p+层既不与第一部分电池晶格匹配，也不与第二部分电池晶格匹配。优选地，第四晶格常数处于第一晶格常数与第二晶格常数之间。隧道二极管的退化的n+层的第三晶格常数与第一部分电池晶格匹配或与第二部分电池晶格匹配。对于两个替代方案适用如下：退化的p+层具有与退化的n+层不同的材料组成。退化的p+层包含至少5％的铟并且包含碳作为掺杂剂。隧道二极管的这些层和中间层序列的其他层彼此不应力补偿。需要说明的是，“晶格匹配”的概念理解为两个彼此相继的层的晶格常数中的差别小于0.1％。概念“不应力补偿”理解如下：通过退化的p+层的晶格失配产生张紧并且所述张紧不通过退化的n+层补偿或不借助势垒层补偿。换句话说，第三晶格常数或两个势垒层的晶格常数要么等于第一晶格常数，要么等于第二晶格常数。可以理解：概念“主要具有III-V族半导体层”表示如下的多结太阳能电池：所述多结太阳能电池的层中，超过50％、优选超过80％由III-V族材料构成。这种部分电池尤其通常也包括Ge部分电池，其中，太阳能电池堆叠的其他的部分电池由III-V族材料或化合物构成。此外，可以理解：“部分电池”的概念与“部分太阳能电池”的概念同义地使用。换句话说，太阳能电池堆叠由多个部分太阳能电池构成，所述多个部分太阳能电池借助隧道二极管彼此串联连接。需要说明的是：“材料成分”的概念(例如InGaAs材料成分)表示由所列举的元素构成的化合物，其中，除了所列举的元素之外也可以包括其他元素。“层由给定的材料成分构成”可以理解如下：除了所列举的材料成分之外，掺杂剂(例如锌或碳)尤其包括在内，而不必明确地提及掺杂剂。需要说明的是：“退化层”的概念当前理解为高掺杂的隧道二极管层。“退化”的概念涉及如下：n+层的费米能级处于导带中并且p+层的费米能级处于价带中，也就是说，半导体层具有金属性的导电能力。此外，需要说明的是：直接包围隧道二极管的层、尤其势垒层不张紧。在中间层序列方面，隧道层二极管的退化的p+层仅仅相对于势垒层或相对于部分电池的晶格常数中的至少一个晶格常数晶格失配并且由此具有拉伸张紧。换句话说，势垒层具有相邻的部分电池的晶格常数。令人惊讶地已经显示：与现有技术相反，对于变质的多结太阳能电池的张紧的隧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能电池堆叠(ST)，其主要具有III‑V族半导体层，所述太阳能电池堆叠具有：第一部分电池(SC1)，其具有第一带隙和第一晶格常数，以及第二部分电池(SC2)，其具有第二带隙和第二晶格常数，以及中间层序列，其布置在两个部分电池(SC1，SC2)之间，其中，所述中间层序列具有第一势垒层(B1)和隧道二极管(TD1)和第二势垒层(B2)，其中，所述隧道二极管(TD1)具有退化的n+层和退化的p+层，所述n+层具有第三晶格常数，所述p+层具有第四晶格常数，并且这些层以所提及的顺序布置，所述第四晶格常数小于所述第三晶格常数，并且所述第一带隙小于所述第二带隙，并且所述p+层具有与所述n+层不同的材料成分，并且在第一替代方案中，所述第一部分电池(SC1)和所述第二部分电池(SC2)彼此晶格匹配，并且所述退化的p+层具有至少0.5％的晶格失配，并且所述p+层的晶格常数具有比所述第一晶格常数和所述第二晶格常数更小的晶格常数，并且所述退化的n+层的第三晶格常数与所述第一晶格常数晶格匹配或与所述第二晶格常数晶格匹配，在第二替代方案中，在所述第一部分电池(SC1)与所述第二部分电池(SC2)之间构造有变质的缓冲区(MP)，其中，所述隧道二极管(TD1)的p+层既不与所述第一部分电池(SC1)晶格匹配，也不与所述第二部分电池(SC2)晶格匹配，并且所述第四晶格常数处于所述第一晶体常数与所述第二晶体常数之间，并且所述退化的n+层与所述第一部分电池(SC1)晶格匹配或与所述第二部分电池(SC2)晶格匹配，其特征在于，所述p+层包含至少5％的铟并且包含碳作为掺杂剂，并且所述隧道二极管(TD1)的这些层和所述中间层序列的其他层(B1，B2)彼此不应力补偿。...

【技术特征摘要】
2017.06.21 DE 102017005950.01.一种太阳能电池堆叠(ST)，其主要具有III-V族半导体层，所述太阳能电池堆叠具有：第一部分电池(SC1)，其具有第一带隙和第一晶格常数，以及第二部分电池(SC2)，其具有第二带隙和第二晶格常数，以及中间层序列，其布置在两个部分电池(SC1，SC2)之间，其中，所述中间层序列具有第一势垒层(B1)和隧道二极管(TD1)和第二势垒层(B2)，其中，所述隧道二极管(TD1)具有退化的n+层和退化的p+层，所述n+层具有第三晶格常数，所述p+层具有第四晶格常数，并且这些层以所提及的顺序布置，所述第四晶格常数小于所述第三晶格常数，并且所述第一带隙小于所述第二带隙，并且所述p+层具有与所述n+层不同的材料成分，并且在第一替代方案中，所述第一部分电池(SC1)和所述第二部分电池(SC2)彼此晶格匹配，并且所述退化的p+层具有至少0.5％的晶格失配，并且所述p+层的晶格常数具有比所述第一晶格常数和所述第二晶格常数更小的晶格常数，并且所述退化的n+层的第三晶格常数与所述第一晶格常数晶格匹配或与所述第二晶格常数晶格匹配，在第二替代方案中，在所述第一部分电池(SC1)与所述第二部分电池(SC2)之间构造有变质的缓冲区(MP)，其中，所述隧道二极管(TD1)的p+层既不与所述第一部分电池(SC1)晶格匹配，也不与所述第二部分电池(SC2)晶格匹配，并且所述第四晶格常数处于所述第一晶体常数与所述第二晶体常数之间，并且所述退化的n+层与所述第一部分电池(SC1)晶格匹配或与所述第二部分电池(SC2)晶格匹配，其特征在于，所述p+层包含至少5％的铟并且包含碳作为掺杂剂，并且所述隧道二极管(TD1)的这些层和所述中间层序列的其他层(B1，B2)彼此不应力补偿。2.根据权利要求1所述的太阳能电池堆叠(ST)，其特征在于，所述隧道二极管(TD1)的退化的p+层具有相对于所述隧道二极管(TD1)的退化的n+层的0.5％至2.0％之间的晶格失配。3.根据以上权利要求中任一项所述的太阳能电池堆叠(ST)，其特征在于，所述隧道二极管(TD1)的退化的p+层包括AlInGaAs材料成分或由AlInGaAs的材料成分构成，其中，所述材料中的碳浓度大于1E19cm-3。4.根据以上权利要求中任一项所述的太阳能电池堆叠(ST)，其特征在于，由AlInGaAs构成的、所述隧道二极管(TD1)的退化的p+层的铟含量处于5％至20％之间并且所述隧道二极管(TD1)的退化的p+层的铝含量处于10％至80％之间。5.根据以上权利要求中任一项所述的太阳能电池堆叠(ST)，其特征在于，所述隧道二极管(TD1)的退化的p+层的晶格常数处于至之间。6.根据以上权利要求中任一项所述的太阳能电池堆叠(ST)，其特征在于，所述隧道二极管(TD1)的退化的p+层不包含锑或包含直至最大5％的锑。7.根据权利要求1和2所述的太阳能电池堆叠(ST)，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·埃贝尔，W·古特，
申请(专利权)人：阿聚尔斯佩西太阳能有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE