单片的变质的多结太阳能电池制造技术

一种单片的变质的多结太阳能电池，其包括第一III

【技术实现步骤摘要】
单片的变质的多结太阳能电池


[0001]本专利技术涉及一种单片的变质的多结太阳能电池。这种多结太阳能电池优选地在宇宙空间中或在陆地聚光光伏系统(CPV)中使用。在此，具有不同带隙的至少三个或更多的子电池借助隧道二极管彼此上下堆叠。

技术介绍

[0002]具有由GaInAsP制成的子电池的四结太阳能电池的制造是从Dimroth等人在光伏会议，研究应用，2014年；22：277
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282页中的文献《Wafer bonded four
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junction GaInP/GaAs/GaInAsP/GaInAs concentrator solar cells with 44.7％efficiency》中已知的。在所提及的文献中，从InP衬底开始，将具有约1.12eV的能带隙的GaInAsP太阳能电池以晶格匹配的方式沉积。
[0003]在GaAs衬底上以相反的顺序在第二沉积中制造具有较高带隙的上方的子电池。整个多结太阳能电池的形成通过两个外延半导体晶片的直接半导体键合(Halbleiterbond)进行，伴随着随后去除GaAs衬底和进一步的工艺步骤。然而，制造工艺非常复杂且成本密集。
[0004]从EP 2 960 950 A1和EP 3 179 521 A1中已知具有InGaAsP子电池的其它多结太阳能电池。
[0005]此外，从US 2018 0226 528 A1、US 2017 0054 048 A1、DE 10 2018 203 509 A1和US 2020 0027 999 A1中以及从van Leest等人的《Recent progress of multi
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junction solar cell development for CPV applications at AZUR Space》(第36届EU
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PVSEC会议论文集，2019年9月11日，第586至589页，XP055672429)中已知具有变质缓冲层的正置生长的多结电池。
[0006]一种基于锗的键合式的多结太阳能电池是由等人的《Development of Germanium
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Based Wafer
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Bonded Four
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Junction Solar Cells》(IEEE光伏杂志，IEEE，美国，第9卷，第6期，2019年9月11日，第1625至1630页，XP011755777)中已知的，其中，第二子电池包括具有低层厚的无序的、低n掺杂的GaInP层和薄的、p掺杂的AlGaInP层。
[0007]从Bauhuis等人的《Deep junction III
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V solar cells with enhanced perfor
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10mance》(Phys.Status Solidi A，第213卷，第8期，2016年3月7日，第2216至2222页，XP055743458)中已知一种单个薄膜太阳能电池，其中，该太阳能电池具有薄的、低掺杂的发射极层和厚的、较高掺杂的基极层。
[0008]耐辐射性的优化，尤其也对于非常高的辐射剂量，是宇宙航行太阳能电池的发展中的一个重要目标。除了提高初始寿命或寿命开始(beginning
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of
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life，BOL)效率之外，目标还在于提高寿命结束(end
‑
of
‑
life，EOL)效率。
[0009]此外，制造成本至关重要。当前时刻的工业标准是通过晶格匹配的三结太阳能电池和变质的GaInP/GaInAs/Ge三结太阳能电池给定的。

技术实现思路

[0010]在此背景下，本专利技术的任务包括说明一种扩展现有技术的设备。
[0011]该任务通过具有根据本专利技术的特征的单片的变质的多结太阳能电池解决。本专利技术的有利构型是优选的实施方式。
[0012]在本专利技术的主题中，提供包括第一III
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V族子电池和第二III
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V族子电池以及第三III
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V族子电池和第四Ge子电池的单片的多结太阳能电池。
[0013]子电池以所说明的顺序彼此上下堆叠。
[0014]第一子电池构造最上方的子电池。
[0015]在第三子电池与第四子电池之间构造有变质缓冲层。
[0016]所有子电池都分别具有n掺杂的发射极层和p掺杂的基极层，其中，在第二子电池中，发射极掺杂小于基极掺杂。
[0017]应当注意，太阳光总是首先入射通过具有最大带隙的最上方的子电池。换言之，太阳能电池堆叠借助最上方的子电池首先吸收光的短波部分。带隙由第一子电池朝第四子电池降低，其中，第四子电池的带隙为约0.67eV。
[0018]因此，在当前情况下，光子首先流过第一子电池，随后流过第二子电池，随后流过第三子电池，最后流过第四子电池。优选地，分别在两个直接彼此相继的子电池之间构造有隧道二极管。
[0019]在等效电路图中，多结太阳能电池的各个子电池应理解为p/n二极管以及位于其间的隧道二极管作为串联连接。由此，具有最低电流的子电池起限制作用，换言之，各个子电池彼此之间进行电流匹配是有利的。
[0020]还应注意，术语发射极和基极理解为相应子电池中的n掺杂的层或p掺杂的层，换言之，发射极层和基极层。
[0021]在一种实施方式中，子电池的最上方的层(在当前情况下，即发射极层)分别构造为n层。由此，光在子电池中总是首先通过发射极层并且随后通过基极层。
[0022]优选地，发射极层总是位于基极层上方。特别地，在一种扩展方案中，在发射极层与基极层之间未构造有具有大于500nm的厚度的本征层。
[0023]优选地，第一子电池和/或第三子电池分别涉及同质电池(Homozelle)。第四子电池同样涉及同质子电池。在此，术语同质子电池理解为以下子电池：在该子电池中，发射极层具有与基极层相同化学计量的相同元素。
[0024]还应注意，在该术语下，元素的化学缩写与完整术语同义使用。
[0025]可以理解，特别地，所说明的砷含量是关于V族原子的总含量。相应地，所说明的铟含量是关于III族原子的总含量。这意味着，在化合物Ga1‑
X
In
X
As
Y
P1‑
Y
中，铟含量为X值，并且砷含量为Y值，并且由此针对例如25％的砷含量得出0.25的Y值。
[0026]一个优点是，所描述的设备以令人惊讶的方式在质子照射下显示出较少的退化(Degradation)。由于第二子电池的发射极比基极掺杂得更低，因此空间电荷区域延伸到发射极中比到基极中要强烈得多。
[0027]换言之，辐射下的效率的降低较少地降低，即参量EOL(寿命结束)与迄今为止的值相比有所增加。
[0028]在一种实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单片的变质的多结太阳能电池，所述单片的变质的多结太阳能电池包括：
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第一III
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V族子电池(SC1)，
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第二III
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V族子电池(SC2)，
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第三III
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V族子电池(SC3)，
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第四Ge子电池(SC4)，所述子电池(SC1，SC2，SC3，SC4)以所说明的顺序彼此上下堆叠，并且所述第一子电池(SC1)构造最上方的子电池，
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在所述第三子电池(SC3)与所述第四子电池(SC4)之间构造有变质缓冲层(MP1)，
‑
所有子电池(SC1，SC2，SC3，SC4)都分别具有n掺杂的发射极层和p掺杂的基极层，其特征在于，
‑
在四个子电池之间未构造有半导体键合，
‑
所述第二子电池(SC2)的发射极层的厚度小于所述基极层的厚度，
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在所述第二子电池(SC2)中，发射极掺杂小于基极掺杂，所述第二子电池(SC2)构造为异质电池。2.根据权利要求1所述的单片的变质的多结太阳能电池，其特征在于，在所述第二子电池(SC2)中，所述发射极掺杂至多是所述基极掺杂的三分之一。3.根据权利要求1或2所述的单片的变质的多结太阳能电池，其特征在于，在所述第二子电池(SC2)中，所述基极层包括InGaAsP或由InGaAsP组成。4.根据权利要求3所述的单片的变质的多结太阳能电池，其特征在于，在所述第二子电池(SC2)中，所述基极层的厚度大于100nm，其中，所述基极层的砷含量关于V主族元素位于22％与33％之间，且所述基极层的铟含量关于III主族元素位于52％与65％之间，并且所述基极层的晶格常数位于0.572nm与0.577nm之间。5.根据以上权利要求中任一项所述的单片的变质的多结太阳能电池，其特征在于，所述第一子电池(SC1)直到包括所述第三子电池(SC3)在内彼此晶格匹配。6.根据以上权利要求中任一项所述的单片的变质的多结太阳能电池，其特征在于，所述第一子电池(SC1)具有在1.85eV与2.07eV之间的范围中的带隙，并且所述第二子电池(SC2)具有在1.41eV与1.53eV之间的范围中的带隙，并且所述第三子电池(SC3)具有在1.04eV与1.18eV之间的范...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
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：