太阳能电池叠堆制造技术

太阳能电池叠堆具有第一半导体太阳能电池，其中，第一半导体太阳能电池具有由具有第一晶格常数的第一材料构成的pn结，并且该太阳能电池叠堆具有第二半导体太阳能电池，其中，第二半导体太阳能电池具有由具有第二晶格常数的第二材料构成的pn结，并且所述第一晶格常数比所述第二晶格常数小至少并且太阳能电池叠堆具有变质缓冲部，其中，变质缓冲部构造在第一半导体太阳能电池和第二半导体太阳能电池之间，并且变质缓冲部包括三个层的序列并且晶格常数在该序列中沿第二半导体太阳能电池的方向增加，并且变质缓冲部的层的晶格常数大于第一晶格常数，其中，缓冲部的两个层具有掺杂，并且其中，这些层之间的掺杂物浓度方面的差别大于4E17cm-3。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太阳能电池叠堆(Solarzellenstapel)。
技术介绍
为了实现借助于太阳能电池将太阳光转化成电能的尽可能高的效率，数年来研究了由不同半导体材料构成的多结太阳能电池[W.Guter所著的《OptimierungvonIII-VbasiertenHochleistungssolarzellen》，博士论文，康斯坦茨大学，物理系，2011年]。多结太阳能电池将入射光分布到多个相互堆叠的具有不同带隙能量的部分太阳能电池上。为了实现最高的效率，必须使半导体材料与其带隙能量彼此匹配，从而优选地串联电连接的部分太阳能电池中的每一个尽可能生成相同的电流。只要该叠堆的各个部分电池的半导体材料具有相同的晶格常数，那么部分电池就能够借助外延方法加以制造。由Meusel等人所著的《III-VMULTIJUNCTIONSOLARCELLS-FROMCURRENTSPACEANDTERRESTRIALPRODUCTSTOMODERNCELLARCHITECTURES》(第五届世界光伏能源转换会议(WCPEC)，2010年，巴伦西亚，1AP.1.5)已知一种由AlInGaP、InGaAs、InGaNAs和Ge构成的晶格匹配的4结太阳能电池。出于尤其InGaNAs的部分电池的晶体质量的原因仅仅实现不充分的效率。如果部分电池具有不同的晶格常数，则在第一替代方案中在两个部分电池之间使用变质缓冲层。由Guter等人所著的《DEVELOPMENT，QUALIFICATIONANDPRODUCTIONOFSPACESOLARCELLSWITH30％EOLEFFICIENCY》(欧洲航天动力会议，2014年，荷兰，诺德韦克豪特)已知由AlInGaP、AlInGaAs、InGaAs构成的部分电池、变质缓冲部和Ge的序列。此外，由Cornfeld等人所著的《Developmentofafoursub-cellinvertedmetamorphicmulti-junction(IMM)highlyefficientAM0solarcell》(第35届IEEE光伏专家会议(PVSC)，2010年，美国，檀香山)已知一种由InGaP、GaAs构成的部分电池与第一变质缓冲部、第一InGaAs部分电池和第二变质缓冲部和第二InGaAs部分电池的另一序列。
技术实现思路
在此背景下，本专利技术的任务在于给出一种改进现有技术的装置。所述任务通过具有权利要求1的特征的太阳能电池叠堆来解决。本专利技术的有利构型是从属权利要求的主题。根据本专利技术的主题提供了一种太阳能电池叠堆，其具有第一半导体太阳能电池，其中，所述第一半导体太阳能电池具有由具有第一晶格常数的第一材料构成的pn结，并且所述太阳能电池叠堆具有第二半导体太阳能电池，其中，所述第二半导体太阳能电池具有由具有第二晶格常数的第二材料构成的pn结，并且所述第一晶格常数比所述第二晶格常数小至少并且所述太阳能电池叠堆具有变质缓冲部(metamorpherPuffer)，其中，所述变质缓冲部构造在所述第一半导体太阳能电池和所述第二半导体太阳能电池之间，并且所述变质缓冲部包括三个层的序列并且在所述序列中晶格常数沿所述第二半导体太阳能电池方向增加，并且所述变质缓冲部的层的晶格常数大于所述第一晶格常数，其中，所述缓冲部的两个层具有掺杂，其中，所述两个层之间的掺杂物浓度方面的差别大于4E17cm-3。为清楚起见应当注意，第一半导体太阳能电池相较于第二半导体太阳能电池具有更小的晶格常数。下面，对于术语“半导体太阳能电池”也同义地使用术语“部分电池”。显然，具有最大带隙能量的部分电池构造在太阳能电池叠堆的朝向太阳的一侧上。下面，对于术语“太阳能电池叠堆”也同义地使用术语“叠堆状集成的多结太阳能电池”。在光通过具有最大带隙能量的半导体太阳能电池之后，未被吸收的光、即更长波长的范围射到具有较小带隙能量的半导体太阳能电池上。只要存在用于太阳能电池叠堆的载体衬底，则该载体衬底总是与具有最小带隙能量的部分电池连接。应当注意，这两个半导体太阳能电池一起单片地集成。在此，术语“掺杂物浓度”理解为缓冲部的相应层中的掺杂物的平均值。有利的是，根据本专利技术的太阳能电池叠堆具有高的效率，其方式是，借助变质缓冲部使具有不同的晶格常数的两个太阳能电池相互叠堆。研究已经表明，缓冲部的区域中的掺杂显著地减小了位错(Versetzung)的数量，也即变质缓冲部的经掺杂的层变得更硬。借助于高品质的变质缓冲部，即借助于缓冲部的位错朝向周围活性区域的传播的抑制，也可以如此地选择带隙能量，使得根据本专利技术的太阳能电池叠堆的总效率相较于由晶格匹配的太阳能电池组成的叠堆而言提高了。在一种扩展方案中，所述变质缓冲部的至少一个层具有第四晶格常数，其中，所述第四晶格常数大于所述第二半导体太阳能电池的晶格常数。优选地，在所述变质缓冲部的多个层中晶格常数沿所述第二半导体太阳能电池方向从层到层地分别增加至少在一种优选的实施方式中，在变质缓冲部中，对于两个彼此紧邻的层，这两个层具有不同的掺杂物浓度。在另一种实施方式中，在缓冲部的两个彼此紧邻的层中掺杂物浓度方面的区别大于因子5、优选大于因子7、最优选地大于因子10。显然，变质缓冲部的多个层或者具有n型掺杂或者具有p型掺杂。优选地，在所述变质缓冲部中设有Zn和/或C和/或Mg和/或Be作为p型掺杂物并且设有Si和/或Te和/或Se作为n型掺杂物。研究已经表明，变质缓冲部的相应层内的掺杂物浓度基本上是恒定的、优选是恒定的。在另一种扩展方案中，变质缓冲部包括多于三个层、优选地该缓冲部包括至少五个层、最优选地至少六个层。在一种优选的实施方式中，变质缓冲部的两个层具有相同的掺杂物浓度。优选地，这两个层相互材料锁合地连接。在另一种扩展方案中，在所述变质缓冲部的多个层的序列中，所述掺杂物浓度从层到层地首先增加并且随后又减小。有利的是，变质缓冲层内的掺杂物浓度不超过1E19cm-3，最优选不超过0.5E19cm-3。显然，所述变质缓冲层不是隧道二极管的pn结的一部分。在一种特别有利的实施中，设有Ge或者GaAs作为衬底层，其中，第一半导体太阳能电池和或第二半导体太阳能电池由材料Ge和或GaAs和或InGaAs和或InGaP构成。在一种扩展方案中，所述叠堆的所有太阳能电池单片地集成和/或构造有光学反光镜。显然，光学反光镜布置在具有最小带隙能量的半导体太阳能电池之下。优选地，由金属来构造光学反光镜。借助反光镜能够将未被吸收的光子反射回具有最小带隙能量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能电池叠堆(10)，其具有：第一半导体太阳能电池(20)，其中，所述第一半导体太阳能电池(20)具有由具有第一晶格常数(a1)的第一材料构成的pn结；第二半导体太阳能电池(30)，其中，所述第二半导体太阳能电池(30)具有由具有第二晶格常数(a2)的第二材料构成的pn结；所述第一晶格常数(a1)比所述第二晶格常数(a2)小至少变质缓冲部(40)，其中，所述变质缓冲部(40)构造在所述第一半导体太阳能电池(20)和所述第二半导体太阳能电池(30)之间；所述变质缓冲部(40)包括至少三个层的序列并且晶格常数(ap1，ap2，ap3，ap4，ap5)沿所述第二半导体太阳能电池(30)的方向增加；所述变质缓冲部(40)的层(ap1，ap2，ap3，ap4，ap5)的晶格常数大于所述第一晶格常数(a1)，其特征在于，所述缓冲部(40)的两个层具有掺杂(D)，其中，在这些层之间的掺杂物浓度(N/cm‑3)方面的差别大于4E17cm‑3。

【技术特征摘要】
2014.11.10 EP 14003768.01.一种太阳能电池叠堆(10)，其具有：
第一半导体太阳能电池(20)，其中，所述第一半导体太阳能电池(20)具有由具有第一
晶格常数(a1)的第一材料构成的pn结；
第二半导体太阳能电池(30)，其中，所述第二半导体太阳能电池(30)具有由具有第二
晶格常数(a2)的第二材料构成的pn结；
所述第一晶格常数(a1)比所述第二晶格常数(a2)小至少变质缓冲部(40)，其
中，所述变质缓冲部(40)构造在所述第一半导体太阳能电池(20)和所述第二半导体太阳能
电池(30)之间；
所述变质缓冲部(40)包括至少三个层的序列并且晶格常数(ap1，ap2，ap3，ap4，ap5)沿
所述第二半导体太阳能电池(30)的方向增加；
所述变质缓冲部(40)的层(ap1，ap2，ap3，ap4，ap5)的晶格常数大于所述第一晶格常数
(a1)，
其特征在于，
所述缓冲部(40)的两个层具有掺杂(D)，其中，在这些层之间的掺杂物浓度(N/cm-3)方
面的差别大于4E17cm-3。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池叠堆(10)，其特征在于，所述变质缓冲部(40)的一
个层具有第四晶格常数(a4)并且所述第四晶格常数(a4)大于所述第二半导体太阳能电池
(20)的晶格常数(a2)。
3.根据以上权利要求中任一项所述的太阳能电池叠堆(10)，其特征在于，所述变质缓
冲部(40)的晶格常数(A)沿所述第二半导体太阳能电池(30)的方向从层到层地分别增加至
少4.根据以上权利要求中任一项所述的太阳能电池叠堆(10)，其特征在于，对于所述变
质缓冲部(40)的两个彼此紧邻的层，这两个层具有所述掺杂物(D)的不同浓度。
5.根据以上权利要求中任一项所述的太阳能电池叠堆(10)，其特征在于，对于所述缓
冲部(40...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·富尔曼，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