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构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子电池。整个多结太阳能电池的形成通过两个外延晶圆的直接半导体键合(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。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中已知还具有变质缓冲层的正置生长的多结电池。
[0005]此外，从OLIVER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，第9卷，第6期，2019年10月11日，第1625至1630页)、EP 3 179 521 A1、US 2018/240922 A1中，从GERARD BAUHUIS等人的《Deep junction III
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V solar cells with enhanced performance:Deep junction III
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V solar cells》(PHYSICA STATUS SOLIDI，第213卷，第8期，2016年3月7日，第2216至2222页)中以及从R.H.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)、US 2019/378 948 A1、US 6 660 928 B1中已知其他多结电池。
[0006]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
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of
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life，EOL)效率。
[0007]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GaInP/GaInAs/Ge三结太阳能电池给定的。

技术实现思路

[0008]在此背景下，本专利技术的任务包括提供一种扩展现有技术的设备。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]子电池以所说明的顺序彼此上下堆叠。
[0012]第一子电池构造最上方的子电池。
[0013]在第三子电池与第四子电池之间构造有变质缓冲层。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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，随后通过基极层。
[0017]在第一、第三和第四子电池中，基极层比发射极层厚多倍。相反，在第二子电池中，发射极层的厚度大于基极层的厚度。
[0018]在第二子电池与第三子电池之间构造有半导体镜。可以理解，与没有半导体镜的基极层的厚度相比，基极层的厚度在50％与90％之间的范围内降低。
[0019]在一种扩展方案中，在第二子电池与半导体镜之间布置有第二隧道二极管。优选地，半导体镜是n掺杂的。特别地，该掺杂大于1
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/cm3或大于5
·
10
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/cm3。
[0020]在另一实施方式中，隧道二极管构造在半导体镜与第三子电池之间。优选地，半导体镜是p掺杂的。特别地，掺杂大于1
·
10
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/cm3或大于5
·
10
17
/cm3。
[0021]在一种扩展方案中，半导体镜的掺杂小于5
·
10
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/cm3。
[0022]在一种实施方式中，半导体镜具有中心波长在750nm与830nm之间的反射带。优选地，半导体镜的层分别具有大于24％的Al含量。
[0023]在目前的多结太阳能电池的情况下，尤其是在多结太阳能电池领域，该方案是令人惊讶的。其原因在于，n掺杂的发射极层中的少数(即空穴)的迁移率比电子的迁移率低大约一个数量级。另一原因在于，在应用期间由于入射的宇宙空间辐射，基极层和发射极层中的少数载流子使用寿命退化(Degradation)。
[0024]还应注意，借助变质缓冲层，第四电池与第三电池之间的晶格常数差异得到补偿。在此，变质缓冲层由至少三个III
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V族层组成。所描述的多结太阳能电池涉及所谓的UMM(upright metamcrphic multijunction，直立变质多结)多结太阳能电池的所谓的正置生长的多结太阳能电池。
[0025]一个优点是，所描述的设备以令人惊讶的方式显示出较低的退化。换言之，辐照下的效率的降低较少地降低，即与之前的值相比，EOL(寿命结束)效率增加。
[0026]在一种实施方式中，四个子电池之间本文档来自技高网...

【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)，
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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，
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在所述第一、第三和第四子电池(SC1，SC3，SC4)中，所述发射极层的厚度分别小于相关的基极层的厚度，其特征在于，在所述第二子电池(SC2)中，所述发射极层的厚度大于所述基极层的厚度，
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在所述第二子电池(SC2)与所述第三子电池(SC3)之间构造有半导体镜(HS)。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)与所述半导体镜(HS)之间布置有第二隧道二极管(TD2)。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，所述半导体镜(HS)是n掺杂的并且所述掺杂大于5
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/cm3。4.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，所述发射极层具有大于600nm的厚度。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，所述基极层具有小于450nm的厚度和/或大于4
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/cm3的掺杂。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，在所述第二子电池(SC2)中，所述发射极层包括InGaAsP或由InGaAsP组成。7.根据权利要求4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，所述发射极层的砷含量关于V主族元素位于22％与33％之间，并且所述发射极层的铟含量关于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...

【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：