多结太阳能电池制造技术

多结太阳能电池具有第一、第二和第三子电池，第一子电池具有锗，第二子电池具有比第一子电池大的带隙，第三子电池具有比第二子电池大的带隙，每个子电池具有发射极和基极，第二子电池包括化合物层，化合物至少具有GaInAsP，层厚度大于100纳米，层构造为发射极一部分和/或基极一部分和/或发射极与基极之间的空间电荷区一部分，第三子电池包括化合物层，化合物至少具有GaInP，层厚度大于100纳米，并且层构造为发射极一部分和/或基极一部分和/或位于发射极与基极之间的空间电荷区一部分，第二子电池中层的磷含量大于1％且小于45％，铟含量小50％，晶格常数小于5.84埃，第三子电池与第二子电池的层晶格常数差小于0.2％，两个子电池间不构造半导体键合。

Multi junction solar cell

Multi junction solar cell having a first, second and third batteries, the first sub cell with germanium, second sub cell with band gap than the first sub battery, third battery has a higher bandgap than second battery, each battery having emitter and base, the second sub cell comprises a compound layer, a compound having at least GaInAsP, layer thickness larger than 100 nm, as a part of the emitter layer structure and / or base part and / or launch a part of the space charge region between the pole and the base of the third sub cell including a compound layer, a compound having at least GaInP, layer thickness larger than 100 nm, and the layer structure is a part of the emitter and / or base part and / or at the launch part of the space charge region between the electrode and the base of the phosphorus content of second sub cell layer is greater than 1% and less than 45%, indium content 50%, crystal The lattice constant is less than 5.84, and the lattice constant difference between the third sub cell and the second cell is less than 0.2%, and the semiconductor bonding between the two sub cells is not possible.

【技术实现步骤摘要】
多结太阳能电池
本专利技术涉及一种多结太阳能电池。
技术介绍
由文献“Current-matchedtriple-junctionsolarcellreaching41.1％conversionefficiencyunderconcentratedsunlight”(Guter等，AppliedPhysicsLetters94，223504(2009))已知一种多结太阳能电池(英语multi-junctionsolarcell)。公开的结构涉及一种具有高效率的、变质的Ga0.35In0.65P/Ga0.83In0.17As/Ge三结太阳能电池。在Ge基质或者说Ge子电池与Ga0.83In0.17As子电池之间使用包括GaYIn1-YAs的变质缓冲器。此外，由文献“DevelopmentofAdvancedSpaceSolarCellsatSpectrolab”(Bolsvert等，35thIEEEPVSC论文集，檀香山，夏威夷，2010，ISBN：978-1-4244-5891-2)已知基于半导体键合技术的GaInP/GaAs/GaInAsP/GaInAs四结太阳能电池和GaInP/AlGaInAs/GaAs/GaInAsP/GaInAs五结太阳能电池。另一种四结太阳能电池也由文献“Waferbondedfour-junctionGaInP/GaAs/GaInAsP/GaInAsconcentratorsolarcellswith44.7％efficiency”(Dimroth等，Progr.Photovolt:Res.Appl.2014；22；277-282)已知。在最后提到的两篇文献中以InP基质为出发点分别晶格匹配地沉积(abscheiden)具有约为1.0电子伏特的能量带隙的GaInAsP太阳能电池。上部的具有较高能量带隙的太阳能电池在第二沉积中以逆顺序的方式被制造在GaAs基质上。整个多结太阳能电池的形成通过两个外延晶片的直接半导体键合还有接着的GaAs基质移除以及其他过程步骤来实现。然而，制造过程是成本高昂的。由DE102012004734A1已知一种既基于半导体键合技术又基于变质外延的GaInP/GaAs/GaInAs/缓冲器/Ge四结太阳能电池。制造成本由于两个必要的在两个单独基质上的沉积、必要的基质移除和必要的键合过程而一直还是高的。此外，由EP1134813A2、EP2960950A1和DE102005000767A1已知不具有半导体键合的多结太阳能电池。辐射硬度的优化、尤其也对于非常高的辐射剂量而言的辐射硬度的优化是在未来的宇航太阳能电池的研发中的重要的目的。除了提高开始效率或者说寿命开始(beginning-of-life，BOL)效率以外，目的也是提高寿命结束(end-of-life，EOL)效率。此外，制造成本有决定性意义。本专利技术目前的工业标准通过晶体匹配的和变质的GaInP/GaInAs/Ge三结太阳能电池来得到。为此，通过使GaInP上部电池和GaInAs中间电池沉积到相对于GaAs基质和InP基质成本有利的Ge基质上来制造多结太阳能电池，其中，Ge基质形成下部电池。
技术实现思路
在这样的背景下，本专利技术的任务在于，提出一种进一步改进现有技术的装置。该任务通过具有权利要求1的特征的多结太阳能电池来解决。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一种堆叠状的多结太阳能电池，其具有第一子电池，其中，第一子电池主要具有锗，多结太阳能电池还具有第二子电池，其中，第二子电池具有比第一子电池大的带隙，多结太阳能电池还具有第三子电池，其中，第三子电池具有比第二子电池大的带隙，并且所述子电池中的每个子电池具有发射极和基极，并且其中，第二子电池包括具有化合物的层，所述化合物至少具有元素GaInAsP，并且所述层的厚度大于100纳米，并且所述层构造为发射极的一部分和/或基极的一部分和/或位于发射极与基极之间的空间电荷区(Raumladungszone)的一部分，第三子电池具有带有化合物的层，所述化合物至少具有元素GaInP，并且所述层的厚度大于100纳米，并且所述层构造为发射极的一部分和/或基极的一部分和/或位于发射极与基极之间的空间电荷区的一部分，并且在第二子电池中，所述层的磷含量大于1％且小于45％，并且所述层的铟含量小50％，并且所述层的晶格常数小于5.84埃，并且第三子电池的层的晶格常数与第二子电池的层的晶格常数的差别小于0.2％，并且多结太阳能电池的两个子电池之间不构造半导体键合。理解为，尤其所说明的磷含量是就组别-V原子(Gruppe-VAtome)的总含量而言的。相应地，所提出的铟含量是就组别-III原子(Gruppe-IIIAtome)的总含量而言的。即在化合物Ga1-XInXAs1-YPY中，铟含量为值X且磷含量为值Y，并且由此对于50％的磷含量而言，Y值得出为0.5。也注意到，两个直接相互跟随的子电池具有不同的元素。注意到，以术语“半导体键合”尤其包括，在太阳能电池堆叠的任意两个子电池之间也不构造直接的半导体键合。即太阳能电池堆叠不由两个在不同基质上沉积并事后通过半导体键合来接合的子堆叠制成。尤其，太阳能电池堆叠不具有变质中间层。理解为，多结太阳能电池单片地(monolithisch)构造。也注意到，在多结太阳能电池的太阳能电池中的每个太阳能电池中发生光子的吸收，并由此发生载流子的生成，其中，太阳光一直首先射入穿过具有最大带隙的子电池。换言之，太阳能电池堆叠首先通过最上部的子电池吸收光的短波份额。当前，光子则首先流过第二子电池并接着流过第一子电池。在等效电路图中，多结太阳能电池的单个太阳能电池以串联的形式接通，即具有最小电流的子电池限制地起作用。也注意到，术语发射极和基极要么理解为相应的子电池中的p型掺杂层，要么理解为相应的子电池中的n型掺杂层。也注意到，主要为锗理解为那些具有高于70％、优选高于90％且最高优选高于95％的锗份额的层。也注意到，当前，元素的化学缩写以与完整术语同义的方式来使用。主要包括锗的第一子电池的构造的优点在于，第一子电池可简单地且成本有利地通过锗基质的活化借助于金属有机气相外延(MOVPE)过程期间的As扩散和/或P扩散进行制造。尤其，对于第一子电池的构造而言，用于吸收光子的、数微米厚的、包括锗的层、即所谓的主体层(Bulk-Schichten)不必被外延地沉积。由此，第一子电池具有低制造成本。试验已表明，包括锗的子电池在具有1兆电子伏特电子的辐射下具有低退化。注意到，术语锗层理解为主要具有锗的层。此外有利的是，如试验所表明的那样，由包括GaInAsP的化合物构成的第二子电池的构成相比于包括GaAs，GaInAs，AlGaAs和/或AlGaInAs的子电池具有更高的辐射稳定性。试验出人意料地表明，在基于锗、即Germanium的多结太阳能电池的情况下，由于GaInAsP相对于GaInAs具有更高的辐射硬度，取代包括GaInAs的化合物而将主要包括GaInAsP的化合物用于第二子电池，对于磷含量低于45％而言已经是特别有利的。至今，GaInAsP的使用对专业人员显得是不恰当的，因为与锗晶体匹配地构造的GaInAsP子电池相比于本文档来自技高网...

【技术保护点】
堆叠状的多结太阳能电池(MS)，其包括：第一子电池(SC1)，其中，所述第一子电池主要具有锗，和第二子电池(SC2)，其中，所述第二子电池(SC2)具有比所述第一子电池(SC1)大的带隙，和第三子电池(SC3)，其中，所述第三子电池(SC3)具有比所述第二子电池(SC2)大的带隙，并且所述子电池(SC1，SC2，SC3)中的每个子电池具有发射极和基极，并且第二子电池(SC2)包括具有一化合物的层(S2)，所述化合物至少具有元素GaInAsP，并且所述层(S2)的厚度大于100纳米，并且所述层(S2)构造为所述发射极的一部分和/或所述基极的一部分和/或位于发射极与基极之间的空间电荷区的一部分，并且所述层(S2)的晶格常数小于5.84埃，第三子电池(SC3)包括具有一化合物的层(S3)，所述化合物至少具有元素GaInP，并且所述层(S3)的厚度大于100纳米，并且所述层(S3)构造为发射极的一部分和/或基极的一部分和/或位于发射极与基极之间的空间电荷区的一部分，在两个子电池之间不构造半导体键合，并且所述第三子电池(SC3)的所述层(S3)的晶格常数与所述第二子电池(SC2)的所述层(S2)的晶格常数的差别小于0.2％，其特征在于，在所述第二子电池(SC2)中，所述层(S2)的磷含量大于1％且小于45％，并且所述层(S2)的铟含量小50％，并且在所述第一子电池(SC1)与所述第二子电池(SC2)之间构造有变质缓冲器(MP1)，其中，所述缓冲器(MP1)具有至少三个层的序列，并且晶格常数在所述序列情况下向所述第二子电池(SC2)方向逐层提高。...

【技术特征摘要】
2015.12.10 DE 102015016047.81.堆叠状的多结太阳能电池(MS)，其包括：第一子电池(SC1)，其中，所述第一子电池主要具有锗，和第二子电池(SC2)，其中，所述第二子电池(SC2)具有比所述第一子电池(SC1)大的带隙，和第三子电池(SC3)，其中，所述第三子电池(SC3)具有比所述第二子电池(SC2)大的带隙，并且所述子电池(SC1，SC2，SC3)中的每个子电池具有发射极和基极，并且第二子电池(SC2)包括具有一化合物的层(S2)，所述化合物至少具有元素GaInAsP，并且所述层(S2)的厚度大于100纳米，并且所述层(S2)构造为所述发射极的一部分和/或所述基极的一部分和/或位于发射极与基极之间的空间电荷区的一部分，并且所述层(S2)的晶格常数小于5.84埃，第三子电池(SC3)包括具有一化合物的层(S3)，所述化合物至少具有元素GaInP，并且所述层(S3)的厚度大于100纳米，并且所述层(S3)构造为发射极的一部分和/或基极的一部分和/或位于发射极与基极之间的空间电荷区的一部分，在两个子电池之间不构造半导体键合，并且所述第三子电池(SC3)的所述层(S3)的晶格常数与所述第二子电池(SC2)的所述层(S2)的晶格常数的差别小于0.2％，其特征在于，在所述第二子电池(SC2)中，所述层(S2)的磷含量大于1％且小于45％，并且所述层(S2)的铟含量小50％，并且在所述第一子电池(SC1)与所述第二子电池(SC2)之间构造有变质缓冲器(MP1)，其中，所述缓冲器(MP1)具有至少三个层的序列，并且晶格常数在所述序列情况下向所述第二子电池(SC2)方向逐层提高。2.根据权利要求1所述的多结太阳能电池(MS)，其特征在于，所述多结太阳能电池(MS)具有正好三个子电池和/或所述第二子电池(SC2)的所述层(S2)具有1.2电子伏特到1.3电子伏特范围中的能量带隙。3.根据权利要求1或权利要求2所述的多结太阳能电池(MS)，其特征在于，两个直接相互跟随的子电池具有不同的元素。4.根据以上权利要求中任一项所述的多结太阳能电池(MS)，其特征在于，第四子电池(SC4)被布置在所述第二子电池(SC2)与所述第三子电池(SC3)之间，并且所述第四子电池(SC4)的层(S4)具有化合物，所述化合物至少具有元素AlGaInAs或者GaInAsP，并且所述层(S4)的厚度大于100纳米，并且所述层(S4)构造为所述发射极的一部分和/或所述基极的一部分和/或位于发射极与基极之间的空间电荷区的一部分，或者第四子电池(SC4)被布置在所述第一子电池(SC1)与所述第二子电池(SC2)之间，并且所述第四子电池(SC4)的所述层(S4)具有化合物，所述化合物至少具有元素GaInAs或者GaInNAs，并且厚度大于100纳米，并且所述层构造为所述发射极的一部分和/或所述基极的一部分和/或位于发射极与基极之间的空间电荷区的一部分。5.根据以上权利要求中任一项所述的多结太阳能电池(MS)，其特征在于，所述第三子电池(SC3)的所述层(S3)包括至少具有元素AlGaInP的化合物。6.根据以上权利要求中任一项所述的多结太阳能电池(MS)，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·埃贝尔，W·古特，M·莫伊泽尔，
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