CN104428908B - 太阳能电池堆叠 - Google Patents
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Abstract
太阳能电池堆叠(10),其具有多个由Ge和/或Ge化合物和/或III‑V族化合物构成的半导体太阳能电池,其中,所述太阳能电池堆叠具有:具有第一晶格常数的第一太阳能部分和具有第二晶格常数的第二太阳能电池部分,其中,所述第一和第二太阳能电池部分力锁合地相叠布置,其中,在所述第一和第二太阳能电池部分之间构造有在所述第一晶格常数与所述第二晶格常数之间的至少为0.5%的差或者构造有非晶层,其中,所述第一太阳能电池部分和/或第二太阳能电池部分包括另一半导体太阳能电池,其中,所述第一太阳能电池部分和/或所述第二太阳能电池部分包括变质中间层,其中,所述变质中间层包括第一层厚度并且所述变质中间层沿着所述中间层的厚度延伸将晶格常数改变至少0.5%。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的太阳能电池堆叠。
背景技术
在US 2006/0021565 A1中公开了一种具有多个太阳能电池的太阳能电池堆叠。在此,在第一实施方式中将薄异质半导体种子层施加到活性Si层上并且接着将其他III-V族太阳能电池外延到种子层上。在另一种实施方式中,已生长的III-V族多结太阳能电池结构作为第一太阳能电池部分键合到(也即接合在一起)具有n+型掺杂的表面的硅太阳能电池上,以便形成低欧姆的共价连接,所述III-V族多结太阳能电池结构由多个III-V族半导体太阳能电池组成。在此,第一太阳能电池部分在待键合的表面上具有隧道二极管,该隧道二极管具有由GaAs构成的两个不同掺杂的层。不仅硅表面而且III-V族太阳能电池部分的表面极为平坦地实施。在接合在一起时的困难在于由于不同晶体格栅和不同热膨胀系数引起所键合的片的大的挠曲。尝试借助特殊背侧涂覆来降低太阳能电池堆叠的挠曲。
由Wolfgang Guter等人所著的“Current-matched triple junction solar cellreaching 41.1% conversion efficiency under concentrated sunlight”在AppliedPhysics Letters 94,223504(2009年)中公开了一种具有变质中间层的III-V族多结太阳能电池。
这种变质中间层位于相叠的半导体太阳能电池的不同晶格常数之间。半导体层的不同晶格常数由按不同带隙选择半导体材料以提高太阳能电池堆叠的效率而得到,其中,变质中间层能够实现将第二半导体太阳能电池结晶地生长在具有改变的晶格常数的第一半导体太阳能电池上。变质中间层的缺点是,第二半导体太阳能电池的表面尽管结晶地构造,但由于失配位错和其他晶体缺陷而具有多个平顶山状的升高部并且一般而言具有提高的粗糙度,由此第二半导体太阳能电池的表面显得不适合于晶片键合。此外,太阳能电池在外延之后由于晶格失配的层的张紧而更强烈地弯曲,这同样排斥晶片键合。所以,为了形成多结太阳能电池譬如尤其三结电池,仅仅应用外延工艺步骤。由此可以避免复杂的半导体技术的键合工艺。
此外,J.Boisvert等人所著的Development of advanced space solar cells atspectrolab在Photovoltaic Specialists Conference(PVSC)中,2010年第35期IEEE,第20-25页,2010年6月,Honolulu,ISSN:0160-8371)公开了其他III-V族多结太阳能电池堆叠。在一种实施方式中,太阳能电池堆叠由多于三个的单个半导体太阳能电池通过将第一太阳能电池部分与第二太阳能电池部分半导体键合(SBT)来制造。为了获得足够平坦的表面、足够小的表面粗糙度和足够小的弯曲以接合在一起,第一太阳能电池部分和第二太阳能电池部分晶格匹配地,也就是说,在无变质中间层的情况下外延到相应的衬底上。在此,所述太阳能电池部分的一个部分生长在成本高昂的InP衬底上。这种昂贵的衬底在制造中通常或者在接合在一起之前或者在接合在一起之后被去除并且重复使用。
在由J.Simon等人所著的Metamorphic GaAsP buffers for Growth of wide-bandgap InGaP solar cells在Journal OF APPLIED PHYSICS 109,013708-1至013708-5,(2011年))中公开了用于III-V族三结太阳能电池堆叠的其他制造方法和实施方式。
此外,在出版文献US 2010/011 6327 A1中公开了第一太阳能电池堆叠与第二太阳能电池堆叠的接合在一起,其中,这两个太阳能电池堆叠之一具有变质中间层。这两个太阳能电池堆叠分别具有由InGaAs构成的键合层。
发明内容
基于此背景,本发明的任务在于,提出一种设备,其改进了现有技术。
该任务通过具有权利要求1的特征的太阳能电池堆叠来解决。本发明的其他扩展方案是从属权利要求的主题。
根据本发明的主题,提出一种太阳能电池堆叠,其具有多个由Ge和/或Ge化合物和III-V族化合物构成的半导体太阳能电池,其中,每个半导体太阳能电池包含一个p/n结,并且该太阳能电池堆叠具有第一太阳能电池部分,所述第一太阳能电池部分具有上侧和下侧和第一半导体太阳能电池,其中,第一半导体太阳能电池具有第一晶格常数,并且第二半导体太阳能电池具有第二晶格常数并且第一晶格常数与第二晶格常数之间的差为至少0.5%,其中,第一太阳能电池部分借助下侧力锁合地相叠布置在第二太阳能电池部分的上侧上,并且这两个太阳能电池部分的至少一个包括另一半导体太阳能电池和变质中间层,并且变质中间层沿着变质中间层的厚度延伸使晶格常数改变至少0.5%,其中,在第一太阳能电池部分的下侧与第二太阳能电池部分的上侧之间构造有边界面,所述边界面具有在第一晶格常数与第二晶格常数之间的突然的为至少0.5%的差。
换言之,在第一太阳能电池部分的下侧与第二太阳能电池部分的上侧之间构造有由于在第一晶格常数与第二晶格常数之间的差引起的突然的差,其中,第一晶格常数与第二晶格常数之间的差为至少0.5%或构造有非晶层,其中,第一太阳能电池部分和/或第二太阳能电池部分除了第一半导体太阳能电池或第二半导体太阳能电池之外还包括另一半导体太阳能电池,其中,第一太阳能电池部分和/或第二太阳能电池部分包括变质中间层,其中,变质中间层包括第一层厚度并且变质中间层沿着该层的厚度延伸将晶格常数改变至少0.5%。
应注意,在各个太阳能电池之间构造有电作用连接,也就是说太阳能电池堆叠在上侧和下侧上电连接。在光入射到太阳能电池堆叠的上侧时,由于光转换而形成电压。该电压可以借助电接触部量取。此外,应注意,在此术语“非晶”根据一般专业知识来使用,并且借此表示如下层:该层在玻璃的意义上具有不规则的图案并且仅仅具有近程有序而不具有长程有序(Fernordnung)。同样,应注意,在此术语“力锁合”仅按照一般技术知识来使用,并且借此理解为第一太阳能电池堆叠与第二太阳能电池堆叠之间的连接,其中,该连接以对待彼此连接的面的法向力为前提,使得由此防止两个待连接的面的相对移动。也应理解,变质缓冲具有多个化学上不同的相继堆叠的薄层。
一个优点是,尽管在第一太阳能电池部分和/或第二太阳能电池部分中构造变质层但太阳能堆叠能够成本有利地且可靠地接合在一起,也就是说能够键合。正好在变质层的组合和接合在一起中,根据研究以最有利的方式在III-V族化合物并且与锗层和/或与由锗化合物构成的层结合的情况下可以如此选择相应的晶格常数,使得形成非常不同的带隙并且产生太阳能电池堆叠的非常高的总效率,而在边界面上、即在第一太阳能电池部分和第二太阳能电池部分之间不必再次构造昂贵的变质中间层或多个中间层。尤其避免了,晶格常数在第一变质中间层中首先增大而在后续的第二变质中间层中缩小,或相反。研究已表明,晶格常数沿不同方向的变化极大地降低了晶体质量。
完全令人意外地表明,尽管由于已插入的变质中间层而引起的极大的表面粗糙度并且尽管需要用于通过不同的彼此协调的带隙进一步提高效率的晶格差,但可以简单并且可靠地构造太阳能电池堆叠。
此外有利的是,两个太阳能电池部分彼此分开且彼此独立地在具有高晶体质量的不同衬底上制造并且接着可以接合在一起成具有至少一个三结电池的堆叠,而这两个太阳能电池部分不必彼此晶格匹配地外延。此外,相对于非键合的太阳能电池堆叠而言借助一个或多个变质中间层的非常昂贵且仅有低产率的外延工艺变得多余,在所述中间层中晶格常数沿不同的方向而改变并且中间层需要多重的相应地彼此协调的外延步骤。
不仅在接合在一起之前而且在接合在一起之后,可以去除衬底并且优选重复使用该衬底来制造其他太阳能电池部分。由此,尤其是在III-V族太阳能电池的区域中可以有利地以高产率制造特别可靠且成本有利的堆叠的多结太阳能电池。此外,也可能的是,使用成本明显有利的衬底——譬如Ge、由Ge或GaAs构成的化合物。研究表明:尤其非常昂贵的InP衬底现在起可以通过锗衬底替代,而带隙的变化仍然可最佳地与太阳光的波长光谱匹配。与Si载体层与III-V族半导体化合物组合的使用不同,在使用GaAs和/或Ge载体层时避免太阳能电池部分之间的热失配。Ge具有与III-V族半导体化合物类似的热膨胀系数。
在一种实施方式中,边界面包括非晶层,其中,该层具有小于20nm的厚度。根据另一实施方式,第一太阳能电池部分的下侧包括第一化学化合物而第二太阳能电池部分的上侧包括第二化学化合物,并且第一化合物与第二化合物在至少一种化学元素方面不同。
在一种优选的实施方式中,在第一半导体太阳能电池或第二半导体太阳能电池与太阳能电池部分的另一半导体太阳能电池之间构造变质中间层。由此,可以形成两个具有不同晶格常数的直接相继的太阳能电池。
在另一种实施方式中,第一半导体太阳能电池和/或第二半导体太阳能电池直接布置在边界面上,该边界面通过第一太阳能电池部分与第二太阳能电池部分接合在一起而形成。因此,在第一半导体太阳能电池与第二半导体太阳能电池之间构造非晶层和晶格常数的突然的改变。此外,应注意,第一太阳能电池部分与第二太阳能电池部分在边界面处优选借助隧道二极管电连接。
在一种扩展方案中,在这两个太阳能电池部分之一中的太阳能电池仅具有晶格匹配的层。在一种替代的实施方式中,两个太阳能电池部分具有至少一个变质层。优选的是,第一太阳能电池部分和/或第二太阳能电池部分构造为多结太阳能电池。有利的是,第一太阳能电池部分和第二太阳能电池部分尤其是在构造结晶的或非晶的半导体边界层时优选通过晶片键合,最优选地通过半导体键合材料锁合地彼此连接。在另一种扩展方案中,这两个太阳能电池部分借助能导电的粘合剂连接。
在一种替代的实施方式中,第一太阳能电池部分与第二太阳能电池部分借助固定设备尤其是夹紧设备机械连接。
研究已表明:有利的是,第一太阳能电池部分或第二太阳能电池部分包含三结或四结太阳能电池。在一种实施方式中,第一太阳能电池部分和/或第二太阳能电池部分在此具有多个变质中间层。根据一种替代的实施方式,第一太阳能电池部分和/或第二太阳能电池部分具有承载层。根据一种替代的实施,第一太阳能电池部分和/湖综第二太阳能电池部分不具有承载层。
在一种扩展方案中优选的是,第二太阳能电池部分包括由锗构成的半导体太阳能电池和由GaInAs或Al-InGaAs化合物构成的半导体太阳能电池,而第一太阳能电池部分包括由GaAs、AlGaAs、InGaAs或AlInGaAs化合物构成的半导体太阳能电池和由InGaP或AlInGaP化合物构成的半导体太阳能电池。在另一扩展方案中,第二太阳能电池部分包括由锗构成的半导体太阳能电池和由GaInAs或AlGaInAs化合物构成的半导体太阳能电池,并且第一太阳能电池部分包括由GaAs或InGaAs化合物构成的半导体太阳能电池和由AlGaAs或AlInGaAs化合物构成的半导体太阳能电池和由AlInGaP化合物构成的半导体太阳能电池。
优选的是,第一太阳能电池部分和第二太阳能电池部分包括四个半导体太阳能电池,其具有在从1.8eV到2.0eV的范围中的第一带隙和在从1.3eV到1.5eV的范围中的第二带隙和在从0.9eV到1.1eV的范围中的第三带隙和在从0.6eV到0.7eV的范围中的第四带隙。
在一种替代的实施中,第一太阳能电池部分和第二太阳能电池部分总共包括五个半导体太阳电池,其具有在从1.9eV到2.1eV的范围中的第一带隙和在从1.6eV到1.8eV的范围中的第二带隙和在从1.4eV到1.6eV的范围中的第三带隙和在从0.9eV到1.1eV的范围中的第四带隙和在从0.6eV到0.7eV的范围中的第五带隙。
在一种替代的实施中,第一太阳能电池部分和第二太阳能电池部分总共包括六个半导体太阳电池,其具有在从1.9eV到2.1eV的范围中的第一带隙和在从1.6eV到1.9eV的范围中的第二带隙和在从1.4eV到1.6eV的范围中的第三带隙和在从1.0eV到1.5eV的范围中的第四带隙和在从0.8eV到1.1eV的范围中的第五带隙和在从0.6eV到0.7eV的范围中的第六带隙。
附图说明
以下参照附图更详细地阐述了本发明。在此,相同部分绘有相同的参考标记。所示的实施方式强示意性化,即间距和横向延伸和竖直延伸并不按比例并且只要不另作说明,彼此间也没有可导出的几何关系。在附图中:
图1示出太阳能电池模块的第一实施方式的示意性横截面,
图2示出太阳能电池模块的第二实施方式的示意性横截面,
图3示出太阳能电池模块的第三实施方式的示意性横截面,
图4示出太阳能电池模块的第四实施方式的示意性横截面,
图5a-e示出太阳能电池模块的第七实施方式的示意性横截面。
具体实施方式
图1的示图示出太阳能电池模块10的根据本发明的第一实施方式的示意性横截面,该太阳能电池模块具有第一太阳能电池部分20和第二太阳能电池部分30。第一太阳能电池部分20具有上侧和下侧。在第一太阳能电池部分20中,作为第一层,GaAs层GA优选构造为载体层。在层GA上布置有GaAs太阳能电池GAS形式的第一半导体太阳能电池,其优选具有在1.3eV到1.5eV之间的范围中的带隙。第一半导体太阳能电池具有第一晶格常数。在第一边界面半导体太阳能电池上布置有InGaP太阳能电池IGP形式的另一半导体太阳能电池,其优选具有在1.8eV到2.0eV之间的范围中的带隙。
第二太阳能电池部分30具有上侧和下侧。在第二太阳能电池部分30中布置有Ge太阳能电池G形式的另一半导体太阳能电池,其优选具有在0.6eV到0.7eV之间的范围中的带隙。替代地,代替于所述另一太阳能电池或除了所述另一太阳能电池之外,第一层可以由Ge或Ge化合物形成。第一层优选构造为载体层。在Ge太阳能电池G上构造有具有第一层厚度的变质中间层MP。变质中间层MP沿着厚度延伸将晶格常数改变了至少0.5%,其中,变质中间层MP的与所述另一半导体太阳能电池邻接的层具有较小的晶格常数。在变质中间层MP上布置有InGaAs太阳能电池IGA2形式的第二半导体太阳能电池,其优选具有在0.9eV到1.1eV之间的范围中的带隙。第二半导体太阳能电池具有第二晶格常数。
第一太阳能电池部分20的下侧与第二太阳能电池部分30的上侧在边界面35处力锁合地并且尤其材料锁合地相叠布置,使得形成具有四个不同带隙的垂直堆叠。在第一太阳能电池部分20的下侧与第二太阳能电池部分30的上侧之间的边界面35上构造第一晶格常数与第二晶格常数之间的突然的差。在此,第一晶格常数小于第二晶格常数,其中,在第一晶格常数与第二晶格常数之间的差为至少0.5%。第二晶格常数与第二晶格常数之间的差通过第一太阳能电池部分20与第二太阳能电池部分30之间的横向宽度差L1说明。
根据未示出的替代方案,在第一太阳能电池部分20的下侧处的和/或在第二太阳能电池部分30的上侧处的边界面上构造有薄的非晶层。优选地,非晶层的层厚度在低于20nm、最优选在8nm以下的范围中。
图2的示图示出太阳能电池模块10的根据本发明的第二实施方式的示意性横截面。以下仅阐述了与图1的实施方式的不同之处。第一太阳能电池部分20附加地包括作为另一半导体太阳能电池的AlGaAs太阳能电池AGA,尤其具有在1.4eV到1.6eV范围中的带隙。在所述其他太阳能电池上叠置地布置有InGaP太阳能电池IGP形式的另一半导体太阳能电池,其优选具有在1.6eV到1.9eV之间的范围中的带隙。在其上叠置地布置有AlInGaP太阳能电池AGP形式的附加的另一半导体太阳能电池,其优选具有在1.9eV到2.1eV之间的范围中的带隙。总之,第一太阳能电池部分包括四个太阳能电池,并且整个太阳能堆叠包括6个太阳能电池。第二太阳能电池部分20在结构方面对应于图1的太阳能电池部分。
图3的示图示出太阳能电池模块10的根据本发明的第三实施方式的示意性横截面。以下仅阐述与上述图的实施方式的不同之处。第一太阳能电池部分20在结构方面对应于图1的太阳能电池部分。
相反,在第二太阳能电池部分30中构造有InGaAs太阳能IGA2形式的第二半导体太阳能电池,其优选具有在0.9eV到1.2eV之间的范围中的带隙。布置在变质中间层MP之下的第二层以GaAs层GA形式实施,优选构造为载体层。
图4的示图示出太阳能电池模块10的根据本发明的第四实施方式的示意性横截面。以下仅阐述与上述图的实施方式的不同之处。第一太阳能电池部分20在结构方面对应于图1的第一太阳能电池部分20。
相反,在第二太阳能电池部分30中构造有InGaAs太阳能电池IGA1形式的另一半导体太阳能电池,其优选具有在0.5eV到0.7eV之间的范围中的带隙。在InGaAs太阳能电池IGA1上构造有具有第一层厚度的变质中间层MP。变质中间层MP沿着厚度延伸将晶格常数改变了至少0.5%,其中,变质中间层MP的与所述第二半导体太阳能电池邻接的层具有在变质中间层MP内最小的晶格常数。在变质中间层MP上布置有InGaAs太阳能电池IGA2形式的第二半导体太阳能电池,其优选具有在0.9eV到1.2eV之间的范围中的带隙。
在一种未示出的替代的实施方式中,在第二半导体太阳能电池之上构造具有第二层厚度的另一变质中间层,其中,所述另一变质中间层的与第二半导体太阳能电池邻接的层具有在另一变质中间层内最大的晶格常数。附加地,在另一未示出的替代的实施方式中,布置在所述另一变质中间层之上的第二层以GaAs层形式构造,优选构造为载体层并且与第一太阳能电池部分20的下侧材料锁合地接触。总之,太阳能电池堆叠在第四实施方式中包括四个太阳能电池。如果在接合在一起之前去除GaAs载体层,则也一同去除所述另一变质中间层并且形成图4的示图中所示的根据本发明的实施。
图5a-e的示图示出在根据图5a的未键合的状态中的太阳能电池堆叠10的根据本发明的第五实施方式的示意性横截面和由此得到的根据图5b-e的可能的键合的修改。以下仅阐述与上述图的实施方式的不同之处。在图5a中,第一太阳能电池部分20对应于图1的第一太阳能电池部分20的结构,而第二太阳能电池部分30对应于图1的第二太阳能电池部分30的结构,也就是说,在键合之后分别形成具有三个或四个太阳能电池的太阳能电池堆叠,视由Ge或Ge化合物构成的层以何种程度构造为载体层和/或太阳能电池而定。
在根据图5b的第一修改中,第一太阳能电池部分20和第二太阳能电池部分30借助键合工艺接合在一起,其中,第一太阳能电池部分20的和第二太阳能电池部分30的相应层结构不改变并且由此第一修改直接对应于图1的实施方式,然而为清楚起见再次示出。
在根据图5c的第二修改中,第一太阳能电池部分20和第二太阳能电池部分30借助键合工艺又接合在一起地示出,其中,仅第一太阳能电池部分20的层结构改变。构造为GaAs层GA的第一载体层在第一太阳能电池部分20与第二太阳能电池部分30接合在一起之前被去除。
在根据图5d的第三修改中,第一太阳能电池部分20和第二太阳能电池部分30借助键合工艺又接合在一起地示出,其中,仅第二太阳能电池部分30的层结构改变。在此,优选构造为载体层的由Ge或Ge化合物构造的第一层在键合之前或之后被去除。在此,由此形成三结太阳能电池。如果Ge层G仅被部分地去除使得保持其P-N结,则形成更薄的四结太阳能电池。
在根据图5e的第四修改中,第一太阳能电池部分20和第二太阳能电池部分30借助键合工艺又接合在一起地示出,其中,第一太阳能电池部分20的和第二太阳能电池部分30的层结构改变。就此而言涉及第二修改和第三修改的组合。不仅在第一太阳能电池部分20中构造为承载层的以GaAs载体层形式的其他层在键合之前,而且在第二太阳能电池部分30中优选构造为载体层的由Ge或Ge化合物构成的层在键合之前和/或之后被去除。在此,由此同样形成三结太阳能电池。如果Ge层G仅被部分地去除使得保持其P-N结,则形成薄的四结太阳能电池。
Claims (18)
1.一种太阳能电池堆叠(10),其具有至少三个由Ge和/或Ge化合物和/或III-V族化合物构成的半导体太阳能电池,其中,每个半导体太阳能电池包含P/N结,所述太阳能电池堆叠具有:
第一太阳能电池部分(20),其具有上侧和下侧和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第一晶格常数,和
第二太阳能电池部分(30),其具有上侧和下侧和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第二晶格常数,并且在所述第一晶格常数与所述第二晶格常数之间的差为至少0.5%,
其中,所述第一太阳能电池部分(20)借助下侧在所述第二太阳能电池部分(30)的上侧上力锁合地相叠布置,并且
这两个所述太阳能电池部分中的至少一个包括另一太阳能电池和变质中间层(MP),并且所述变质中间层(MP)包括第一层厚度,并且所述变质中间层(MP)沿着所述变质中间层(MP)的厚度延伸将所述晶格常数改变至少0.5%,
在所述第一太阳能电池部分(20)的下侧与所述第二太阳能电池部分(30)的上侧之间构造有边界面(35),所述边界面具有在所述第一晶格常数与所述第二晶格常数之间的为至少0.5%的突然的差,所述第二太阳能电池部分(30)包括由锗构成的半导体太阳能电池,
在锗太阳能电池(G)上构造有变质中间层(MP),在所述变质中间层(MP)上构造有第二太阳能电池作为InGaAs太阳能电池,
其特征在于,所述边界面(35)包括非晶层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池堆叠(10),其特征在于,所述非晶层具有在20nm之下的层厚度。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池堆叠(10),其特征在于,所述第一太阳能电池部分(20)的下侧包括第一化学化合物而所述第二太阳能电池部分(30)的上侧包括第二化学化合物,并且所述第一化合物与所述第二化合物在至少一种化学元素方面不同。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池堆叠(10),其特征在于,太阳能电池部分(20、30)仅仅包括晶格匹配的层。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池堆叠(10),其特征在于,所述第一太阳能电池部分(20)和所述第二太阳能电池部分(30)材料锁合地彼此连接。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池堆叠(10),其特征在于,所述第一太阳能电池部分(20)与所述第二太阳能电池部分(30)通过半导体键合彼此连接。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池堆叠(10),其特征在于,所述第一太阳能电池部分(20)与所述第二太阳能电池部分(30)通过晶片键合彼此连接。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池堆叠(10),其特征在于,所述第一太阳能电池部分与所述第二太阳能电池部分借助固定设备机械连接。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池堆叠(10),其特征在于,所述第一太阳能电池部分(20)或所述第二太阳能电池部分(30)包含三结或四结太阳能电池。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池堆叠(10),其特征在于,所述第一太阳能电池部分(20)和/或所述第二太阳能电池部分(30)具有多个变质中间层。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池堆叠(10),其特征在于,所述第一太阳能电池部分(20)和/或所述第二太阳能电池部分(30)包括承载层。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池堆叠(10),其特征在于,所述第一太阳能电池部分(20)和/或所述第二太阳能电池部分(30)不具有承载层。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池堆叠(10),其特征在于,所述第二太阳能电池部分(30)包括由锗构成的半导体太阳能电池和由InGaAs或AlInGaAs化合物构成的半导体太阳能电池,而所述第一太阳能电池部分(20)包括由GaAs、AlGaAs、InGaAs或AlInGaAs化合物构成的半导体太阳能电池和由InGaP或InAlGaP化合物构成的半导体太阳能电池。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池堆叠(10),其特征在于,所述第二太阳能电池部分(30)包括由锗构成的半导体太阳能电池和由InGaAs或AlInGaAs化合物构成的半导体太阳能电池,而所述第一太阳能电池部分(20)包括由GaAs或InGaAs化合物构成的半导体太阳能电池和由AlGaAs或AlInGaAs化合物构成的半导体太阳能电池和由AlInGaP化合物构成的半导体太阳能电池。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池堆叠(10),其特征在于,所述第一太阳能电池部分(20)和所述第二太阳能电池部分(30)包括四个半导体太阳能电池,其具有在从1.8eV到2.0eV的范围中的第一带隙和在从1.3eV到1.5eV的范围中的第二带隙和在从0.9eV到1.1eV的范围中的第三带隙和在从0.6eV到0.7eV的范围中的第四带隙。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池堆叠(10),其特征在于,所述第一太阳能电池部分(20)和所述第二太阳能电池部分(30)包括五个半导体太阳能电池,其具有在从1.9eV到2.1eV的范围中的第一带隙和从1.6eV到1.8eV的第二带隙和在从1.4eV到1.6eV的范围中的第三带隙和在从0.9eV到1.1eV的范围中的第四带隙和在从0.6eV到0.7eV的范围中的第五带隙。
17.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池堆叠(10),其特征在于,所述第一太阳能电池部分(20)和所述第二太阳能电池部分(30)包括六个半导体太阳电池,其具有在从1.9eV到2.1eV的范围中的第一带隙和从1.6eV到1.9eV的第二带隙和在从1.4eV到1.6eV的范围中的第三带隙和在从1.0eV到1.5eV的范围中的第四带隙和在从0.8eV到1.1eV的范围中的第五带隙和在从0.6eV到0.7eV的范围中的第六带隙。
18.根据权利要求8所述的太阳能电池堆叠(10),其特征在于,所述固定设备是夹紧设备。
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101499495A (zh) * | 2008-01-31 | 2009-08-05 | 昂科公司 | 倒置变形多结太阳能电池中的异质结子电池 |
JP2010182951A (ja) * | 2009-02-06 | 2010-08-19 | Sharp Corp | 化合物半導体太陽電池および化合物半導体太陽電池の製造方法 |
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---|---|---|---|---|
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WO2006015185A2 (en) | 2004-07-30 | 2006-02-09 | Aonex Technologies, Inc. | GaInP/GaAs/Si TRIPLE JUNCTION SOLAR CELL ENABLED BY WAFER BONDING AND LAYER TRANSFER |
US8236600B2 (en) * | 2008-11-10 | 2012-08-07 | Emcore Solar Power, Inc. | Joining method for preparing an inverted metamorphic multijunction solar cell |
DE102012004734A1 (de) * | 2012-03-08 | 2013-09-12 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Mehrfachsolarzelle und deren Verwendung |
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---|---|---|---|---|
CN101499495A (zh) * | 2008-01-31 | 2009-08-05 | 昂科公司 | 倒置变形多结太阳能电池中的异质结子电池 |
JP2010182951A (ja) * | 2009-02-06 | 2010-08-19 | Sharp Corp | 化合物半導体太陽電池および化合物半導体太陽電池の製造方法 |
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