堆叠状的单片的多结太阳能电池单元制造技术

堆叠状的单片的多结太阳能电池单元，其具有至少四个子电池单元，带隙从第一子电池单元开始朝第四子电池单元的方向变得更大，每个子电池单元具有n掺杂的发射极和p掺杂的基极，第一子电池单元的发射极和基极分别由锗组成，所有跟随的子电池单元分别具有至少一种第III和V主族的元素，所有子电池单元彼此晶格匹配构造，在第一子电池单元与第二子电池单元之间布置有具有多个掺杂半导体层的半导体镜，半导体层具有交替不同的折射率，半导体层n掺杂地构造并且分别具有最多5

【技术实现步骤摘要】
堆叠状的单片的多结太阳能电池单元


[0001]本专利技术涉及一种堆叠状的单片的多结太阳能电池单元。

技术介绍

[0002]例如从DE102005000767A1中已知一种堆叠状的单片的多结太阳能电池单元。多结太阳能电池单元包括第一锗子电池单元以及至少两个其他子电池单元和至少一个半导体镜，其中，该半导体镜具有多个层，这些层具有至少彼此不同的折射率，以及在布置在其上方的一个或多个子电池单元的吸收范围的至少一部分中具有高的反射率，以及在布置在半导体镜下方的子电池单元的光谱吸收范围中对于辐射具有高的透射率。
[0003]从DE102015016047A1中已知一种堆叠状的单片的III
‑
V族多结太阳能电池单元，其具有第一锗子电池单元和跟随的具有铟和磷的第二子电池单元。如果第一子电池单元和第二子电池单元具有不同的晶格常数，则多结太阳能电池单元包括布置在第一子电池单元与第二子电池单元之间的变质缓冲层。
[0004]从DE102015016822A1中已知一种类似的多结太阳能电池单元。
[0005]从EP2251912A1中已知一种堆叠状的变质的多结太阳能电池单元，其中，布置在子电池单元之间的隧道二极管分别具有压缩预紧的第一层和拉伸预紧的第二层，从而每个隧道二极管在整体上以电压补偿的方式实施。

技术实现思路

[0006]在此背景下，本专利技术的任务在于，说明一种扩展现有技术的设备。
[0007]该任务通过具有根据本专利技术的特征的堆叠状的单片的多结太阳能电池单元解决。本专利技术的有利构型是优选的实施方式。
[0008]作为本专利技术的主题，提供一种堆叠状的单片的多结太阳能电池单元，其以以下提及的顺序彼此相继地具有第一子电池单元、第二子电池单元、第三子电池单元和至少一个第四子电池单元，其中，带隙从第一子电池单元开始朝第四子电池单元的方向逐子电池单元地变得更大。
[0009]每个子电池单元具有n掺杂的发射极和p掺杂的基极，其中，第一子电池单元的发射极和基极分别具有锗或由锗组成，并且在第一子电池单元之后跟随的所有子电池单元分别具有元素周期表的第III主族的至少一种元素和元素周期表的第V主族的至少一种元素。
[0010]在各两个子电池单元之间分别布置有一个具有p
‑
n结的隧道二极管。
[0011]在第一子电池单元之后跟随的所有子电池单元都以彼此晶格匹配的方式实施。
[0012]在第一子电池单元与跟随的第二子电池单元之间布置有半导体镜，该半导体镜具有多个n掺杂的半导体层，这些半导体层具有交替地不同的折射率。
[0013]在第一子电池单元与半导体镜之间布置有n掺杂的变质缓冲层，其中，该变质缓冲层具有至少四个阶梯层(Stufen
‑
Schicht)和至少一个过剩层
[0014]在n掺杂的半导体镜与第二子电池单元之间构造有第一隧道二极管，其中，该第一
隧道二极管构造为变质的。
[0015]变质的隧道二极管的n掺杂层由InGaAs组成或包括InGaAs。
[0016]在变质的隧道二极管的n掺杂层的III
‑
V族化合物中，In含量相对于III族元素的含量为至少20％。优选地，n掺杂的层掺杂有碲。
[0017]应当注意，在变质的隧道二极管的情况下，n掺杂的层具有与位于其上方的第二子电池单元相比略微不同的晶格常数，和/或n掺杂的层具有与第一隧道二极管的p掺杂的层相比略微不同的晶格常数。优选地，晶格常数之间的差异大于0.1％或大于0.3％且小于10％或小于5％或小于3％或小于2％。
[0018]可以理解，在两个彼此相继的子电池单元之间分别布置有一个隧道二极管。
[0019]在一种扩展方案中，缓冲层中的至少两个缓冲层具有小于8
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10
17
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‑3的掺杂。
[0020]应当注意，堆叠状的多结太阳能电池单元的III
‑
V族子电池单元和其他层在Ge子电池单元、例如Ge衬底上依次外延生长。
[0021]还应注意，以术语“过剩层”表示变质缓冲层的如下层：该层具有比第一子电池单元的晶格常数更大的晶格常数并且具有比第二子电池单元或跟随的子电池单元的晶格常数更大的晶格常数。
[0022]在当前情况下，涉及一种正置生长(aufrecht gewachsene)的变质多结太阳能电池单元，即所谓的UMM太阳能电池单元布置，而没有半导体键合或晶片键合。换句话说，多结电池单元的所有子电池单元依次以外延的方式在MOVPE设备中彼此上下地生长，并且不是由两个子堆叠接合而成。
[0023]第一子电池单元具有最小的带隙，并且在总共四个子电池单元的情况下第四子电池单元具有最大的带隙。在多于四个子电池单元的情况下，最上部的子电池单元相应地具有最大的带隙。
[0024]优选地，所有子电池单元构造为具有n在p上方的结构(n
‑ü
ber
‑
p
‑
Struktur)，因此在p
‑
掺杂的基极上方具有n
‑
掺杂的发射极。
[0025]与通常将半导体镜直接布置在子电池单元下方、例如直接布置在第二子电池单元下方不同，在当前情况下，半导体镜布置在第一隧道二极管下方。此外，与通常的p掺杂的实施方案不同，半导体镜是n掺杂的。
[0026]附加地，第一隧道二极管的以碲进行n掺杂的层具有InGaAs，由此与例如n
‑
InAlP层相比，该层或隧道二极管可以可靠地承受其他子电池单元的后续进一步生长期间的热负荷。
[0027]令人惊讶的是，随着n掺杂的变质缓冲层的层中的掺杂降低到1
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‑3的值以下，多结太阳能电池单元的效率增加。
[0028]目前可以这样认为：在1
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10
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‑3以上的范围中选择缓冲层的掺杂对于电导率是有利的。
[0029]此外，为了在给定的子电池单元厚度下提高子电池单元的辐射稳定性，半导体镜通常直接布置在相关子电池单元下方，即直接布置在子电池单元的p掺杂的基极下方，并且因此同样实施成p掺杂。
[0030]可以理解，半导体镜具有多个由薄层组成的周期，其中，这些薄层交替地具有低折射率和高折射率。
[0031]优选地，一个周期包括至少两个层或三个层，其中，半导体镜包括至少十个层，即至少5个周期。在一种扩展方案中，半导体镜包括至少10个或至少15个周期。
[0032]与此不同，将隧道二极管布置在半导体镜与其上方跟随的子电池单元(即第二子电池单元)之间，从而半导体镜是n掺杂的。
[0033]令人惊讶地显示出，在将隧道二极管布置在p掺杂的基极与半导体镜之间时，半导体镜在不变地良好的反射特性的情况下具有相对于位于其下方的子电池单元明显更高的透射，并且可以提高多结电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种堆叠状的单片的多结太阳能电池单元，所述堆叠状的单片的多结太阳能电池单元以以下提及的顺序彼此相继地具有第一子电池单元(SC1)、第二子电池单元(SC2)、第三子电池单元(SC3)和至少一个第四子电池单元(SC4)，其中，带隙从所述第一子电池单元(SC1)开始朝所述第四子电池单元(SC4)的方向逐子电池单元地变得更大，每个子电池单元(SC1，SC2，SC3，SC4)具有n掺杂的发射极(E1，E2，E3，E4)和p掺杂的基极(B1，B2，B3，B4)，所述第一子电池单元(SC1)的发射极(E1)和基极(B1)分别具有锗或由锗组成，在所述第一子电池单元(SC1)之后跟随的所有子电池单元(SC2，SC3，SC4)分别具有元素周期表的第III主族和第V主族的至少一种元素，在各两个子电池单元(SC1，SC2，SC3，SC4)之间分别布置有一个具有p
‑
n结的隧道二极管(TD1，TD2，TD3)，在所述第一子电池单元(SC1)之后跟随的所有子电池单元(SC2，SC3，SC4)以彼此晶格匹配的方式构造，在所述第一子电池单元(SC1)与跟随的第二子电池单元(SC2)之间布置有n掺杂的半导体镜(BR)，所述半导体镜具有多个掺杂的半导体层，所述半导体层具有交替地不同的折射率，在所述第一子电池单元(SC1)与所述半导体镜(BR)之间布置有n掺杂的变质缓冲层(MP)，其中，所述变质缓冲层具有至少四个阶梯层和至少一个过剩层，在所述n掺杂的半导体镜(BR)与所述第二子电池单元(SC2)之间施加有变质的第一隧道二极管(TD1)，其特征在于，所述n掺杂的变质缓冲层(MP)的层的掺杂低于1
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‑3的值，在所述第二子电池单元(SC2)与所述半导体镜(BR)之间布置有隧道二极管(TD1)，从而所述变质缓冲层(MP)、所述半导体镜(BR)、所述第一隧道二极管(TD1)和所述第二子电池单元(SC2)以以上所提及的顺序形成在所述第一子电池单元(SC1)上，所述n掺杂的半导体镜(BR)与所述第二子电池单元(SC2)之间的第一隧道二极管(TD1)的n掺杂的层(N1)由InGaAs组成或具有InGaAs，所述n掺杂的半导体镜(BR)与所述第二子电池单元(SC2)之间的第一隧道二极管的n掺杂的层(N1)的In含量为至少20％。2.根据以上权利要求中任一项所述的堆叠状的单片的多结太阳能电池单元，其特征在于，所述第一隧道二极管(TD1)的n掺杂的层(N1)以至少1
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‑3掺杂。3.根据以上权利要求中任一项所述的堆叠状的单片的多结太阳能电池单元，其特征在于，所述第一隧道二极管(TD1)的n掺杂的层(N1)以至少5
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10
18
cm
‑3掺杂。4.根据以上权利要求中任一项所述的堆叠状的单片的多结太阳能电池单元，其特征在于，所述第一隧道二极管(TD1)的n掺杂的层(N1)具有小于1％的P。5.根据以上权利要求中任一项所述的堆叠状的单片的多结太阳能电池单元，其特征在于，所述第一隧道二极管(TD1)的n掺杂的层(N1)具有小于1％的Al。6.根据以上权...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
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：