DE10106491A1 - Fotoelektrischer Wandler - Google Patents

Fotoelektrischer Wandler

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Abstract

Ein fotoelektrischer Wandler ist dadurch mit verbessertem Wandlungsgrad versehen, dass die Kombination der für eine obere Zelle (4) und eine untere Zelle (2) verwendeten Materialien optimiert ist. Der erfindungsgemäße fotoelektrische Wandler ist mit einem ersten und einem zweiten pn-Übergang versehen. Dabei ist der erste pn-Übergang im Wesentlichen in einem durch (Al¶1-y¶Ga¶y¶)¶1-x¶In¶x¶P repräsentierten Halbleiter (4) ausgebildet, und der zweite pn-Übergang ist im Wesentlichen in einem durch Ga¶1-z¶In¶z¶As repräsentierten Halbleiter (2) ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft fotoelektrische Wandler zum Umsetzen von Lichtenergie in elektrische Energie, und spezieller be­ trifft sie einen fotoelektrischen Wandler unter Verwendung, eines III-V-Verbindungshalbleiters mit verbessertem foto­ elektrischem Wandlungsgrad zum Umsetzen von Sonnenlichtener­ gie in elektrische Energie speziell zur Verwendung im Welt­ raum.
In den letzten Jahren werden als Solarzellen für den Welt­ raum als Spannungsversorgungsquelle für Raumfahrzeuge, wie Raumsatelliten, größere Anzahlen von Solarzellen mit mehre­ ren Übergängen verwendet, die Halbleiter einer III-V-Verbin­ dung, wie GaAs, enthalten. Derartige Solarzellen können für größeren fotoelektrischen Wandlungsgrad als herkömmliche Silicium-Solarzellen sorgen, die in weitem Umfang als Solar­ zellen für den Weltraum verwendet wurden. Siliciumzellen sind zur Verwendung bei kleinen Satelliten oder bei solchen mit extremer Leistung geeignet.
Die üblichste Solarzelle mit mehreren Übergängen ist vom Typ, wie er z. B. in US-A-5,223,043 und US-A-5,405,453 of­ fenbart ist. Der Aufbau einer derartigen Solarzelle ist in Fig. 20 dargestellt. Die herkömmliche Zelle mit mehreren (zwei) Übergängen verfügt über eine erste Solarzelle (nach­ folgend als "obere Zelle" bezeichnet) 104 aus Ga1-xInxP, die auf der Sonnenlicht-Eintrittsseite ausgebildet ist, und eine zweite Solarzelle (nachfolgend als "untere Zelle" bezeich­ net) aus GaAs unter der oberen Zellen, wobei diese Zellen über einen Tunnelübergang 103 verbunden sind. Als Substrat 101 wird ein einkristalliner Wafer aus GaAs oder Ge verwen­ det. Hinsichtlich des Zusammensetzungsverhältnisses von Ga1-xInxP in der oberen Zelle entspricht x 0,49, um Gitter­ anpassung mit GaAs in der unteren Zelle zu erzielen. In die­ sem Fall sind die Gitterkonstanten der oberen und unteren Zelle so konzipiert, dass sie ungefähr derjenigen des Ge- Substrats entsprechen, um dadurch relativ einfaches epitak­ tisches Wachstum auf dem Ge-Substrat zu ermöglichen. Dann beträgt die Bandlücke Eg der oberen Zelle ungefähr 1,9 eV, und diejenige der unteren Zelle beträgt ungefähr 1,4 eV. Die herkömmliche Solarzelle mit mehreren Übergängen erzielt als Ergebnis von Charakteristiktests unter Verwendung einer Lichtquelle mit dem Sonnenlichtspektrum im Weltraum einen Wirkungsgrad von ungefähr 26% und ungefähr 22% als Ver­ suchs- bzw. Industrieerzeugnis. In letzter Zeit wurden So­ larzellen mit drei Übergängen entwickelt, die zusätzlich zur oberen und unteren Zelle auch im Ge-Substrat einen pn-Über­ gang aufweisen.
Um mit dem dramatischen Fortschritt der Entwicklung der Weltraumtechnik in jüngerer Zeit Schritt zu halten, ist der oben genannte fotoelektrische Wandlungsgrad unzureichend, so dass ein höherer Wandlungsgrad erwünscht ist. Die oben be­ schriebene herkömmliche Solarzelle mit mehreren Übergängen wurde aus einer auf einem Ge-Substrat hergestellten GaAs- Solarzelle entwickelt, was zum oben beschriebenen Aufbau führte. Hinsichtlich des Sonnenenergie-Wirkungsgrads ist je­ doch die Kombination von Ga1-xInxP und GaAs aus den folgen­ den Gründen nicht optimal.
Der theoretische fotoelektrische Wandlungsgrad einer Solar­ zelle mit zwei pn-Übergängen ist z. B. im Artikel IEEE Transactionon Electron Devices, ED-34, S. 257 beschrieben. Der Artikel zeigt die Beziehung zwischen dem erwarteten Wert für den fotoelektrischen Wandlungsgrad und einem Bereich von Bandlücken der oberen und unteren Zelle auf Grundlage einer Anpassung der Bandlücken der oberen und unteren Zelle und des Spektrums des einfallenden Lichts auf. Beim Herstellen einer Solarzelle in der Praxis muss Gitteranpassung zwischen der oberen und der unteren Zelle und auch zwischen der unte­ ren Zelle und dem Substrat erzielt werden, um für eine Epi­ taxieschicht hoher Qualität zu sorgen. Fig. 21 zeigt die Be­ ziehung zwischen der Gitterkonstante und der Bandlückenener­ gie für verschiedene Halbleitermaterialien. Auf Grundlage des oben genannten Artikels zeigt Fig. 21 Bandlückenbereiche U und L für die obere bzw. untere Zelle, um hinsichtlich des Sonnenlichtspektrums (AMO) im Weltraum einen Wandlungsgrad von mindestens 30% zu erzielen. Das Kurvenbild zeigt, dass die Kombination der für die oben beschriebene herkömmliche Solarzelle mit mehreren Übergängen verwendeten Materialien, d. h. die Kombination von Ga1-xInxP und GaAs, lediglich für einen fotoelektrischen Wandlungsgrad von nicht mehr als 30% sorgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen fotoelektri­ schen Wandler zu schaffen, der durch die Kombination von Materialien für eine obere und eine untere Zelle erhöhten fotoelektrischen Wandlungsgrad zeigt.
Der erfindungsgemäße fotoelektrische Wandler ist mit einem ersten und einem zweiten pn-Übergang versehen. Diese beste­ hen aus Halbleitern, die durch (Al1-yGay)1-xInxP bzw. Ga1-zInzAs repräsentiert sind.
Herkömmlich wurde davon ausgegangen, dass zumindest die fol­ genden Bedingungen erfüllt sein müssen, um einen gewünschten Wirkungsgrad von mindestens 30% zu erzielen:
  • a) Optimierung der Kombination des Materials der oberen Zelle und des Materials der unteren Zelle.
  • b) Gitteranpassung zwischen den Materialien der oberen und der unteren Zelle.
  • c) Gitteranpassung zwischen den Materialien der unteren Zelle und des Substrats.
  • d) Übereinstimmung der Wärmeexpansionskoeffizienten zwi­ schen Schicht und Substratmaterialien.
Jedoch ist es schwierig, eine Kombination von Halbleiterma­ terialien herauszufinden, die all diesen Bedingungen genügt und immer noch billig ist. Eine umfangreiche Untersuchung jeder der obigen Bedingungen hat die Erfinder dazu geführt, dass sie klarstellen konnten, dass die Bedingungen (a) und (b) unabdingbar sind, um einen Wandlungswirkungsgrad von mindestens 30% zu erzielen.
Jedoch ergaben sich auch die folgenden Erkenntnisse. Es ist nämlich die Gitteranpassung zwischen den Materialien der un­ teren Zelle und des Substrats nicht sehr wichtig, und bei einer Gitterfehlanpassung von höchstens ungefähr 4% kann durch eine Kristallzuchttechnik immer noch eine Schicht mit guter Kristallinität erzielt werden. (Diese Bedingung, eine gelinderte Bedingung (c), wird nachfolgend als (c') bezeich­ net.)
Außerdem ergab sich die folgende Erkenntnis. Übereinstimmung der Wärmeexpansionskoeffizienten hinsichtlich der Materiali­ en der Schicht und des Substrats ist ebenfalls nicht extrem wichtig, und Probleme hinsichtlich Rissen in der Schicht, die durch einen Unterschied des Wärmeexpansionskoeffizienten hervorgerufen werden, können vermieden werden, solange der Expansionskoeffizient der Schicht höchstens so groß wie der des Substrats ist. (Diese Bedingung, eine gelinderte Bedin­ gung (d), wird nachfolgend als (d') bezeichnet.)
Durch die oben beschriebene Untersuchung wurde klargestellt, dass als Materialien, die den Bedingungen (a), (b), (c') und (d') genügen, für die obere und untere Zelle Halbleiter ge­ eignet sind, die durch (Al1-yGay)1-xInxP bzw. Ga1-zInzAs repräsentiert sind. Der Hauptgrund hierfür sind die Bedin­ gungen (c') und (d'). Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Aufbaus können alle vorstehenden Bedingungen (a), (b), (c') und (d') erfüllt werden. Demgemäß kann ein fotoelektrischer Wandler mit einem Wandlungsgrad von mindestens 30% erhalten werden. Es wird darauf hingewiesen, dass hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung ein Element C nur x (≦ 1,0) von Orten für C in einem Kristallgitter mit der chemischen For­ mel CP belegt, während im Fall von B1-xCxP, wenn also die Elemente B, C und P vorhanden sind, das Element B die rest­ lichen Orte 1 - x belegt. Bei (A1-yBy)1-xCxP belegt B nur y (≦ 1,0) des Orts für B in B1-xCxP, während A die restlichen Orte 1 - y belegt. Hinsichtlich eines III-V-Verbindungshalb­ leiters bei der Erfindung weisen InP, InAs, GaAs, GaP oder dergleichen im Allgemeinen Zinkblendestruktur auf. Zinkblen­ destruktur ist der Diamantstruktur von Halbleitern der Grup­ pe IV, wie Ge, Si, ähnlich. Beim erfindungsgemäßen fotoelek­ trischen Wandler fallen die Zusammensetzungsanteile z, x und y der Halbleiter Ga1-2InzAs und (Al1-yGay)1-xInxP wünschens­ werterweise in die folgenden Bereiche 0,11 < z < 0,29, x = -0,346z2 + 1,08z + 0,484 bzw. 131z3 - 66,0z2 + 9,17z + 0,309 < y < 28,0z3 - 24,4z2 + 5,82z + 0,325.
Genauer gesagt, optimiert der Aufbau Bandlückenenergien der Materialien der oberen und der unteren Zelle. Die Erfinder haben Berechnungen zu Gitterkonstanten und Bandlückenener­ gien für diese Halbleiter ausgeführt, um eine optimale Kom­ bination von (Al1-yGay)1-xInxP und Ga1-zInzAs aufzufinden.
Fig. 1 ist ein Diagramm, das einen Bereich A von Bandlücken­ energien der Materialien der oberen und unteren Zelle zum Erreichen eines fotoelektrischen Wandlungsgrads von mindes­ tens 34% zeigt. In Fig. 1 repräsentieren die Abszisse und die Ordinate die Bandlückenenergien der Materialien der obe­ ren bzw. unteren Zelle. In diesem Diagramm ist ein Bereich A, für den erwartet wird, dass er zu einem Wandlungsgrad von mindestens 30% führt, als durch eine einzelne geschlossene Kurve umschlossener Bereich dargestellt. In Fig. 1 zeigen parallel zur Abszisse verlaufende Segmente die Beziehung zwischen den Bandlücken der oberen und unteren Zelle, wenn das Material der oberen Zelle ein Verbindungskristall ist, wobei das Material der unteren Zelle vorgegeben ist. Da die obere Zelle aus einem Verbindungskristall besteht, weist die Bandlücke einen Bereich entsprechend demjenigen Bereich auf, in dem der Verbindungskristall möglich ist, was als Segment dargestellt ist. Auf der rechten Seite jedes Segments sind zwei Halbleitermaterialien dargestellt, nämlich ein Halblei­ termaterial für die untere Zelle und ein Verbindungskristall darauf. Hinsichtlich der hier angegebenen unteren Zelle ist die Gitteranpassung zu Ge als Prozentsatz angegeben. Z. B. gibt Ga0,29In0,71P - Al0,30In0,70P auf Ga0,77In0,23As (1,62% < Ge) an, dass die obere Zelle ein Verbindungskris­ tall aus Ga0,29In0,71P - Al0,30In0,70P ist und die untere Zelle aus Ga0,77In0,23As besteht. Außerdem ist angegeben, dass die Gitterkonstante des Materials Ga0,77In0,23As der unteren Zelle um 1,62% größer als die von Ge ist. Die Be­ reiche von (Al1-yGay)1-xInxP und Ga1-zInzAs, aus denen die obere bzw. die untere Zelle bestehen, fallen wie folgt in den Bereich A eines Wandlungswirkungsgrads von mindestens 34%:
  • - z: der Zusammensetzungsanteil z in Ga1-zInzAs für die un­ tere Zelle fällt in den Bereich 0,11 < z < 0,29.
  • - x, y: die Zusammensetzungsanteile x und y in (Al1-yGay)1-xInxP für die obere Zelle sind x = -0,346z2 + -1,08z + 0,484 bzw. 131z3 - 66,0z2 + 9,17z + 0,309 < y < 28,0z3 - 24,4z2 + 5,82z + 0,325, vorausgesetzt, dass z in­ nerhalb des oben genannten Bereichs liegt. Der Bereich von x ist dergestalt, wie es in Fig. 2 angegeben ist, und zwar entsprechend dem Zusammensetzungsanteil z in Ga1-zInzAs für die untere Zelle. Der Bereich von z ist dergestalt, wie es in Fig. 4 angegeben ist, und zwar entsprechend dem Zusammen­ setzungsanteil z in Ga1-zInzAs für die untere Zelle.
Es wird erwartet, dass ein Wandlungsgrad von mindestens 34% erzielt wird, wenn die Zusammensetzungsanteile x, y und z der Materialien der oberen und der unteren Zelle innerhalb des obigen Bereichs liegen. Ferner kann die Gitterfehlanpas­ sung zu Ge auf unter 2% beschränkt werden, wenn das Sub­ strat aus Ge besteht und x, y und z im obigen Bereich lie­ gen. Hinsichtlich des Wärmeausdehungskoeffizienten liegen drei Materialien sehr dicht beieinander, nämlich: Ge: 5,5 × 10-6/K, Ga1-zInzAs: 5,8 × 10-6/K und (Al1-yGay)1-xInxP: 4,8 × 10-6/K, wodurch keine Risse entstehen oder sich durch eine Schicht hindurch ausbreiten.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als eine So­ larzelle bildendes Halbleitermaterial dadurch ein neues Ma­ terial verwendbar ist, dass die Gitteranpassungsbedingung hinsichtlich des Substrats gelindert ist. D. h., dass für die obere Zelle ein neuer Halbleiter auf Grundlage des Kon­ zepts eines Verbindungskristalls erhalten ist. Anders ge­ sagt, wird dieselbe Kristallstruktur verwendet, jedoch sind die den Kristall aufbauenden Elemente geändert, oder die Zu­ sammensetzungsanteile der Elemente sind geändert, um einen neuartigen Halbleiter zu schaffen. Im Allgemeinen ist es hinsichtlich eines Verbindungshalbleiters gut bekannt, dass ein Verbindungskristall dann erhalten wird, wenn Materialien mit derselben Kristallstruktur erhalten werden, wobei der Verbindungskristall entsprechend den Anteilen gemittelte Eigenschaften hinsichtlich der Gitterkonstante, der Bandlü­ ckenenergie oder dergleichen aufweist. Derartige Verbin­ dungskristalle werden in der Praxis für Bauteile wie LEDs, Laserdioden oder dergleichen verwendet. Dabei entspricht die Menge zugesetzter Materialien nicht dem Ausmaß eines bloßen Eindotierens von Fremdstoffen, sondern es ist ausreichend groß, um für eine Zusammensetzungsänderung zu sorgen, die Änderungen der Gitterkonstante, der Bandlücke und derglei­ chen zur Folge hat. Diesbezüglich sind die oben angegebenen Halbleiter Ga1-zInzAs und (Al1-yGay)1-xInxP, die auf Grund­ lage des Konzepts eines Verbindungskristalls hergestellt werden, neu.
Nun wird der Unterschied zwischen der Erfindung und den oben genannten US-Patenten, auf denen das Konzept der Erfindung beruht, im Einzelnen beschrieben.
(1) Unterschied gegenüber US-A-5,223,043
Dieses US-Patent offenbart die folgenden drei Kombinationen von Materialien für eine Solarzelle mit zwei Übergängen:
  • A) eine Kombination einer oberen Zelle aus GaxIn1-xP (0 < x < 0,5) und einer unteren Zelle aus GaAs,
  • B) eine Kombination einer oberen Zelle aus GaxIn1-xP (x = 0,51 ± 0,05) und einer unteren Zelle aus GaAs,
  • C) eine Kombination einer oberen Zelle aus GaxIn1-xP (0 < x < 0,5) und einer unteren Zelle aus Gax+0,5In0,5-xAs (0 < x < 0, 5).
Hinsichtlich der obigen Kombinationen beruhen (A) und (B) auf der Voraussetzung, dass Gitteranpassung an ein Ge-Sub­ strat besteht, wie bereits ausgeführt. Andererseits muss die Schicht beim erfindungsgemäßen Bauteil nicht notwendigerwei­ se Gitteranpassung an ein Ge-Substrat zeigen, wie es in (c') definiert ist. Das Material der oberen Zelle, wie es beim erfindungsgemäßen fotoelektrischen Wandler verwendet ist, unterscheidet sich von dem beim Wandler gemäß dem obigen US- Patent. D. h., dass Al0,15G0,15In0,7P, ein typisches Mate­ rial der oberen Zelle bei einem erfindungsgemäßen fotoelek­ trischen Wandler, 15% Al enthält, was von jedem der Mate­ rialien gemäß den obigen Kombinationen (A), (B) und (C) ab­ weicht. Anders gesagt, wird durch die Erfindung ein hoher Wandlungsgrad dadurch erzielt, dass die Bandlücken der obe­ ren und unteren Zelle unter Verwendung von Al enthaltendem (Al1-yGay)1-xInxP für die obere Zelle geeignet eingestellt. Um einen derartig hohen Wandlungsgrad zu erzielen, muss als Material der oberen Zelle ein Halbleitermaterial verwendet werden, das zumindest eine vorgegebene Menge an Al enthält.
(2) Unterschied gegenüber US-A-5,405,453
Dieses US-Patent offenbart die folgenden zwei Kombinationen von Materialien für eine Solarzelle mit zwei Übergängen:
  • A) eine Kombination einer oberen Zelle aus (Ga, In)P (typi­ scherweise Ga0,49In0,51P) und einer unteren Zelle aus GaAs.
  • B) eine Kombination einer oberen Zelle aus (Al, In)P (typi­ scherweise Al0,55In0,45P) und einer unteren Zelle aus GaAs.
Die obigen Kombinationen (D) und (E) beruhen auf der Voraus­ setzung einer Gitteranpassung an ein Ge-Substrat, was hin­ sichtlich der Konzipierung einer Solarzelle grundsätzlich verschieden von der Erfindung ist. Außerdem unterscheiden sich sowohl die obere als auch die untere Zelle hinsichtlich der verwendeten Materialien von der Erfindung.
(3) Unterschied gegenüber anderen Dokumenten
In Technical Digest of the International PVSEC-11, Sapporo, Hokkaido, Japan, 1999, S. 593-594 ist die folgende Kombi­ nation offenbart:
  • A) eine Kombination einer oberen Zelle aus In0,49Ga0,51P und einer unteren Zelle aus In0,01Ga0,99P.
Die Kombination (F) sorgt unter Verwendung von In0,01Ga0,99P, dass durch Einschließen von 1% In in GaAs erhalten wird, um eine geringe Gitterfehlanpassung zwischen GaAs, einem herkömmlichen Material für die untere Zelle, und Ge zu korrigieren, für Gitteranpassung an ein Ge-Substrat. So unterscheidet sich die Kombination (F) hinsichtlich des Konzepts grundsätzlich von der einer erfindungsgemäßen So­ larzelle. Ferner unterscheiden sich sowohl die obere als auch die untere Zelle hinsichtlich der verwendeten Materia­ lien von einer erfindungsgemäßen Solarzelle.
Beim erfindungsgemäßen fotoelektrischen Wandler muss keine Gitteranpassung an das Substrat bestehen, abweichend vom Stand der Technik gemäß (A) bis (F). Bei der Erfindung ist für die obere Zelle das neuartige Material (Al1-yGay)1-xInxP verwendet, und die Materialien für die obere und die untere Zelle müssen bestimmte Einstellbereiche für die Zusammenset­ zungsanteile der Materialien aufweisen.
Wünschenswerterweise verfügt der fotoelektrische Wandler über einen Tunnelübergang von z. B. (Al1-yGay)1-xInxP und Ga1-zInzAs.
Der Tunnelübergang weist einen p+n+-Übergang auf, der zum elektrischen Verbinden der oberen und der unteren Zelle hoch dotiert ist. Bei einem derartigen Aufbau wird mit hoher Energie auf die obere Zelle fallendes Licht in elektrische Energie umgesetzt, und Licht, dessen Energie entsprechend dem Ausmaß der Umsetzung in der oberen Zelle verringert ist, wird teilweise in der unteren Zelle in elektrische Energie umgesetzt. D. h., dass eine Tandemumsetzung ausgeführt wird. Außerdem geht wegen des Tunnelübergangs nach der Umsetzung kaum elektrische Energie verloren. So kann die elektrische Energie vom erfindungsgemäßen fotoelektrischen Wandler mit höherem Wandlungsgrad als bisher genutzt werden.
Der erfindungsgemäße fotoelektrische Wandler verfügt z. B. über eine Pufferschicht zwischen einer Schicht mit einem ersten und einem zweiten pn-Übergang, die auf dem Substrat hergestellt wurde, und dem Substrat, wobei der Wärmeexpan­ sionskoeffizient der Pufferschicht zumindest demjenigen der Schicht unmittelbar über ihr entsprechen kann.
Bei einem derartigen Aufbau werden im Fall einer Temperatur­ änderung von hoher auf niedrige Temperatur, wenn die Schicht durch MOCVD (metallorganische chemische Dampfabscheidung) hergestellt wird, auf alleine die Pufferschicht begrenzt werden. So kommt es nicht dazu, dass Risse in der Schicht erzeugt werden oder diese durchlaufen.
Beim erfindungsgemäßen fotoelektrischen Wandler ist der Wär­ meexpansionskoeffizient des Substrats wünschenswerterweise kleiner als der der Schicht unmittelbar über der Puffer­ schicht.
Bei einem derartigen Aufbau kann die Pufferschicht wirkungs­ voller Risse verhindern. Die Gitterkonstante des Puffer­ schichtmaterials liegt nahe an dem der Schicht und des Sub­ strats. Ferner ist beim Wandler mit einem Puffermaterial mit einem Wärmeexpansionskoeffizienten, der zumindest demjenigen der Schicht unmittelbar darüber entspricht, oder kleiner ist, die Gitterkonstante der Pufferschicht wünschenswerter­ weise an die der Schicht unmittelbar über ihr angepasst. Ge­ nauer gesagt, ist es wünschenswert, dass das Pufferschicht­ material z. B. im Wesentlichen aus GaAs1-wSbw (0,29 < w < 0,33) besteht. Der vorstehend genannte Zusammensetzungsan­ teil w kann in geeigneter Weise im Bereich 0,29 < w < 0,33 ausgewählt werden, um für Gitteranpassung oder geringe Git­ terfehlanpassung abhängig vom Wert des Zusammensetzungsan­ teils z (0,11 < z < 0,29) in Ga1-zInzAs zu sorgen.
Beim erfindungsgemäßen fotoelektrischen Wandler ist es z. B. wünschenswert, dass die einen ersten und einen zweiten pn- Übergang enthaltende Schicht auf einem einkristallinen Sub­ strat aus mindestens einem der Materialien GaAs, Ge und Si hergestellt ist.
Bei einem derartigen Aufbau wird eine Schicht guter Kristal­ linität erzeugt, um auf einfache Weise für einen fotoelek­ trischen Wandler mit höherem Wandlungsgrad zu sorgen. Außer­ dem begrenzt ein Ge-Einkristall für das Substrat die Gitter­ fehlanpassung zum Substrat auf innerhalb von 2%. So wird durch epitaktisches Wachstum eine Schicht hoher Qualität er­ zeugt, und es kann ein noch höherer Wandlungsgrad erzielt werden, wenn auch für das Ge ein pn-Übergang hergestellt wird.
Beim erfindungsgemäßen fotoelektrischen Wandler kann z. B. eine auf dem Substrat hergestellte Schicht mit einem ersten und einem zweiten pn-Übergang auf einer Si1-xGex-Verbin­ dungskristallschicht auf einem einkristallinen Si-Substrat vorhanden sein.
Durch einen solchen Aufbau wird die Gitterfehlanpassung ge­ lindert, und es kann eine Schicht mit hervorragender Kris­ tallinität hergestellt werden. Außerdem kann trotz eines billigen Substrats ein fotoelektrischer Wandler mit höherem Wandlungsgrad erhalten werden.
Beim erfindungsgemäßen fotoelektrischen Wandler kann z. B. in einem oberen Schichtabschnitt des Substrats, wo die Schicht mit dem ersten und zweiten pn-Übergang hergestellt wird, ferner ein pn-Übergang ausgebildet werden.
Ein derartiger Aufbau sorgt für effektive Lichtnutzung und verbesserten fotoelektrischen Wandlungsgrad.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Gesichts­ punkte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher.
Fig. 1 ist ein Diagramm, das optimale Zusammensetzungsantei­ le gemäß der Erfindung für eine obere Zelle aus (Al1-yGay)1-xInxP und eine untere Zelle aus Ga1-zInzAs zeigt.
Fig. 2 ist ein Kurvenbild, das einen Bereich für den Zusam­ mensetzungsanteil x des Materials (Al1-yGay)1-xInxP der obe­ ren Zelle abhängig vom Zusammensetzungsanteil z des Mate­ rials Ga1-zInzAs der unteren Zelle zeigt.
Fig. 3 ist ein Kurvenbild, das einen Bereich für den Zusam­ mensetzungsanteil z des Materials (Al1-yGay)1-xInxP der obe­ ren Zelle abhängig vom Zusammensetzungsanteil z des Mate­ rials Ga1-zInzAs der unteren Zelle zeigt.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen des Grundaufbaus einer Solarzelle mit mehreren Übergängen aus einem III-V-Verbindungshalbleiter gemäß einem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die die Solarzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im Detail zeigt.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die das Substrat der in Fig. 5 dargestellten Solarzelle zeigt.
Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die eine auf dem Substrat der Fig. 6 hergestellte untere Zelle zeigt.
Fig. 8 ist eine Schnittansicht, die einen auf der Struktur der Fig. 7 hergestellten Tunnelübergang zeigt.
Fig. 9 ist eine Schnittansicht, die eine auf der Struktur der Fig. 8 hergestellte obere Zelle zeigt.
Fig. 10 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen des Grundaufbaus einer Solarzelle mit mehreren Übergängen aus einem III-V-Verbindungshalbleiter gemäß einem zweiten Aus­ führungsbeispiel.
Fig. 11 ist eine Schnittansicht, die die Solarzelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Detail zeigt.
Fig. 12 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen des Grundaufbaus einer Solarzelle mit mehreren Übergängen aus einem III-V-Verbindungshalbleiter gemäß einem dritten Aus­ führungsbeispiel.
Fig. 13 ist eine Schnittansicht, die die Solarzelle gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel im Detail zeigt.
Fig. 14 ist eine Schnittansicht, die einen pn-Übergang zeigt, der dadurch in einem Substrat hergestellt wurde, dass bei der in Fig. 13 dargestellten Solarzelle n-Verunreinigun­ gen in den oberen Bereich eines p-Substrats implantiert wur­ den.
Fig. 15 ist eine Schnittansicht, die eine auf der Struktur der Fig. 14 hergestellte Pufferschicht zeigt.
Fig. 16 ist eine Schnittansicht, die einen auf der Struktur der Fig. 15 hergestellten Tunnelübergang zeigt.
Fig. 17 ist eine Schnittansicht, die eine auf der Struktur der Fig. 16 hergestellte untere Zelle zeigt.
Fig. 18 ist eine Schnittansicht, die einen auf der Struktur der Fig. 17 hergestellten Tunnelübergang zeigt.
Fig. 19 ist eine Schnittansicht, die eine auf der Struktur der Fig. 18 hergestellte obere Zelle zeigt.
Fig. 20 ist eine Schnittansicht, die den Grundaufbau einer Solarzelle mit mehreren Übergängen aus einem herkömmlichen III-V-Verbindungshalbleiter zeigt.
Fig. 21 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Gitterkonstante und der Bandlückenenergie für verschiedene Halbleiter zeigt.
Nun werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezug­ nahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die den Grundaufbau eines fotoelektrischen Wandlers gemäß dem ersten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung zeigt. In Fig. 4 ist die Einfallsrich­ tung von Licht 10 dargestellt. Die Lichteinfallsseite jeder Schicht wird nachfolgend als "Oberfläche" oder "obere Schicht" jeder Schicht bezeichnet, und die entgegengesetzte Seite wird als "Rückseite" bezeichnet. Beim Grundaufbau ge­ mäß Fig. 4 sind eine untere Zelle 2, ein Tunnelübergang 3 und eine obere Zelle 4 sequenziell als Stapel auf ein Sub­ strat 1 aufgeschichtet. Zum Herstellen des Stapels wird MOCVD unter Verwendung metallorganischer Verbindungen oder MBE (Molekularstrahlepitaxie) verwendet. Obwohl für das Sub­ strat 1 wünschenswerterweise ein Ge-Einkristall verwendet wird, kann zum Senken der Kosten ein "Epitaxiesubstrat" ver­ wendet werden, das durch epitaktisches Wachstum eines Ver­ bindungskristalls wie Ge oder Si1-xGex auf einem Si-Substrat erhalten wurde. Alternativ kann eine Struktur mit drei Über­ gängen mit in diesen Substraten ausgebildeten pn-Übergängen verwendet werden, oder durch einen Heteroübergang zu einem unmittelbar darüber vorhandenen Material der unteren Zelle kann eine Potentialbarriere ausgebildet werden.
Die untere Zelle 2 verfügt über einen Übergang zwischen ei­ ner p- und einer n-Schicht, d. h. einen pn-Übergang von Ma­ terialien, die zumindest die Zusammensetzung Ga1-zInzAs (0,11 < z 0,29) aufweisen. Durch Anbringen einer bekannten Fens­ terschicht auf der Oberfläche und einer bekannten Schicht für ein elektrisches Feld auf der Rückseite oder dergleichen mittels z. B. eines pn-Übergangs kann der Ladungsträger-Sam­ melwirkungsgrad der unteren Zelle verbessert werden. Außer­ dem kann eine Pufferschicht angebracht werden, um eine Dif­ fusion von Substratelementen oder Fremdstoffen aus dem Sub­ strat 1 zu verhindern.
Der Tunnelübergang 3 ist ein hoch dotierter pn-Übergang zum elektrischen Verbinden der oberen und der unteren Zelle, mit mindestens einem Paar aus einer p+- und einer n+-Schicht. Wie bekannt, können andere Paare von Schichten angebracht werden, um die Diffusion von Fremdstoffen aus der hoch do­ tierten Schicht zwischen der p+- und der n+-Schicht zu ver­ hindern. Das Material für den Tunnelübergang kann Ga1-zInzAs oder (Al1-yGay)1-xInxP oder ein Halbleitermaterial einer an­ deren Zusammensetzung sein.
Die obere Zelle 4 verfügt über eine p- und eine n-Schicht aus einem Material, das zumindest die Zusammensetzung (Al1-yGay)1-xInxP aufweist. Es wird darauf hingewiesen, dass x und y wie folgt definiert sind: x = -0,346z2 + 1,08z + 0,484 bzw. 131z3 - 66,0z2 + 9,17z + 0,309 < y < 28,0z3 - 24,4z2 + 5,82z + 0,325, wobei für den Zusammensetzungsanteil z in der unteren Zelle 0,11 < z 0,29 gilt. Der Ladungsträ­ ger-Sammelwirkungsgrad der oberen Zelle 4 kann z. B. auf bekannte Weise dadurch verbessert werden, dass auf der Ober­ fläche einer Fensterschicht angebracht wird und auf der Rückseite eine Schicht für ein elektrisches Feld angebracht wird.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die einen fotoelektrischen Wandler, der aus der Grundstruktur der Fig. 4 abgeleitet ist, im Detail zeigt. In Fig. 5 verfügt eine untere Zelle 2 über eine n-Fensterschicht 21, eine n-Schicht 22 aus Ga1-zInzAs, eine p-Schicht 23 aus Ga1-zInzAs und eine Elek­ trisches-Feld-Rückseitenschicht 24 vom p+-Typ. Die obere Zelle 4 verfügt über eine n-Fensterschicht 42, eine n- Schicht 43 aus (Al1-yGay)1-xInxP, eine p-Schicht 44 aus (Al1-yGay)1-xInxP und eine Elektrisches-Feld-Rückseiten­ schicht 45 vom p+-Typ. Ferner sind auf der Oberfläche und der Oberflächenelektrode 83 und der Rückseitenelektrode 84, die zum Empfangen elektrischer Energie dienen, Antirefle­ xionsfilme 81, 82 und eine n-Deckschicht 41a ausgebildet.
Nun wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 9 ein Verfahren zum Herstellen des in Fig. 5 dargestellten fotoelektrischen Wandlers beschrieben. Bei diesem Herstellverfahren werden Filmbildungsschritte oder dergleichen sukzessive unter Ver­ wendung einer MOCVD-Vorrichtung ausgeführt. Als Material der Gruppe III wird ein metallorganisches Material wie Trime­ thylgallium, Trimethylaluminium oder Trimethylindium mit Wasserstoff als Trägergas einer Filmbildungsvorrichtung zu­ geführt. Als Material der Gruppe V wird ein Gas, wie Arsin (AsH3), Phosphin (PH3) oder Stibin (SbH3) verwendet. Als Do­ tierungsfremdstoff wird für den p-Typ z. B. Dimethylzink verwendet, und für den n-Typ wird z. B. Monosilan (SiH4), Disilan (Si2H6), Dihydroselen (H2Se) oder dergleichen ver­ wendet. Diese Materialgase unterliegen einer thermischen Zersetzung, wenn sie dem Substrat zugeführt werden, das z. B. auf 700°C erhitzt ist, so dass durch epitaktisches Wachstum ein Film aus einem gewünschten Verbindungshalblei­ termaterial hergestellt werden kann. Die Zusammensetzung der Schicht und ihre Dicke können jeweils durch die Zusammenset­ zung des zugeführten Gases oder die Gaszuführungszeit einge­ stellt werden.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die ein p-Ge-Substrat 1 zeigt, auf dem eine Schicht herzustellen ist. Als Erstes wird, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, durch MOCVD die un­ tere Zelle auf diesem Substrat 1 hergestellt. Diese untere Zelle 2 verfügt über eine n-Fensterschicht 21, eine n- Schicht 22 aus Ga1-zInzAs, eine p-Schicht 23 aus Ga1-zInzAs und eine Elektrisches-Feld-Rückseitenschicht 24 vom p+-Typ, und zwar von oben nach unten. Die Materialien für die n- Fensterschicht 21 und die Elektrisches-Feld-Rückseiten­ schicht 24 vom p+-Typ können unter Berücksichtigung des Wandlungsgrads der unteren Zelle in geeigneter Weise aus Ma­ terialien ausgewählt werden, die Gitteranpassung an die zwei Schichten 22, 23 aus Ga1-zInzAs zeigen. Demgemäß können z. B. eine n-Schicht aus (Al1-yGay)1-xInxP und eine p+- Schicht aus Ga1-zInzAs als n-Fensterschicht 21 bzw. als Elektrisches-Feld-Rückseitenschicht 24 vom p+-Typ ausgewählt werden.
Als Nächstes wird, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, der Tunnelübergang 3 auf der unteren Zelle 2 hergestellt. Dieser Tunnelübergang 3 verfügt über eine p+-Schicht 31 aus (Al1-yGay)1-xInxP und eine n+-Schicht 32 aus (Al1-yGay)1-xInxP.
Dann wird, wie es in Fig. 9 dargestellt ist, die obere Zelle 4 hergestellt. Diese obere Zelle 4 verfügt über eine n-Deck­ schicht 41, eine n-Fensterschicht 42, eine n-Schicht 43 aus (Al1-yGay)1-xInxP, eine p-Schicht 44 aus (Al1-yGay)1-xInxP und eine Elektrisches-Feld-Rückseitenschicht 45 vom p+-Typ. Die n-Deckschicht 41 wird für stärkeren Ohmschen Kontakt ei­ ner Elektrode auf der n-Fensterschicht 42 hergestellt. Die Materialien für die n-Fensterschicht 42 und die Elektri­ sches-Feld-Rückseitenschicht 45 vom p+-Typ können geeignet unter Berücksichtigung des Wandlungsgrads der oberen Zelle aus solchen Materialien ausgewählt werden, die Gitteranpas­ sung an die Schicht aus (Al1-yGay)1-xInxP zeigen. So werden z. B. eine n-Schicht aus (Al1-yGay)1-xInxP, die weniger In enthält, und eine p+-Schicht aus (Al1-yGay)1-xInxP als n- Fensterschicht 42 bzw. Elektrisches-Feld-Rückseitenschicht 45 vom p+-Typ verwendet. Zu Beispielen für die n-Deckschicht 41 gehört eine n+-Schicht aus Ga1-zInzAs.
Danach wird die n-Deckschicht 41 selektiv abgeätzt, um eine n-Kappe 41a (Fig. 5) auszubilden. Auf der Oberseite der obe­ ren Zelle 41 werden zwei Schichten von Antireflexionsfilmen 81, 82 hergestellt, und metallische Elektrodenfilme 83, 84 werden durch Vakuumabscheidung oder Sputtern ganz oben und auf der Rückseite hergestellt, um einen fotoelektrischen Wandler fertigzustellen, wie er in Fig. 5 dargestellt ist.
Zweites Ausführungsbeispiel
Beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zwischen dem Substrat 1 und der unteren Zelle 2 eine Pufferschicht 5 vorhanden. Gemäß Fig. 10 verfügt die Pufferschicht 5 über ein Material mit einer Gitterkonstanten, die dicht bei der einer Funktionsschicht und des Substrats liegt, und sie ver­ fügt über einen Wärmeexpansionskoeffizienten, der zumindest demjenigen des Material der Schicht entspricht, die unmit­ telbar über ihr ausgebildet ist, d. h. die äußerste Schicht der unteren Zelle. Die Pufferschicht 5 soll Risse eingren­ zen, die durch eine Differenz zwischen den Wärmeexpansions­ koeffizienten des Substrats 1 und der Schicht innerhalb der Pufferschicht hervorgerufen werden, wenn die Temperatur nach dem Kristallzüchtungsvorgang fällt, und um auch Risse in der Schicht und ein Eindringen von Rissen in die Schicht zu ver­ hindern. So werden in der unteren Zelle 2, dem Tunnelüber­ gang 3 und der oberen Zelle 4 keine Risse hervorgerufen. Wünschenswerter ist es, dass der Wärmeexpansionskoeffizient des Materials der unmittelbar über der Pufferschicht herge­ stellten Schicht größer als der des Substrats ist. Genauer gesagt, kann das Material der Pufferschicht z. B. Ga1-wAswSb (0,29 < w < 0,33) sein, wobei w abhängig vom Zu­ sammensetzungsanteil 0,11 < z < 0,29 des Materials Ga1-zInzAs der unteren Zelle ausgewählt ist. Die untere Zel­ le 2, der Tunnelübergang 3 und die obere Zelle 4 sind gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 11 zeigt einen fotoelektrischen Wandler auf Grundlage des Grundaufbaus des in Fig. 10 dargestellten fotoelektri­ schen Wandlers im Detail. Die untere Zelle 2 und die obere Zelle 4, die eine Mehrschichtstruktur bilden, und die Anti­ reflexionsfilme 81, 82 sowie die Elektroden 83, 84 sind gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Es wird darauf hingewiesen, dass es zur Erfindung gehört, dass Grundmaterialien zum Erzeugen eines fotoelektrischen Wandlers mit hohem Wandlungsgrad dadurch ausgewählt werden, dass Mehrfachschichten hergestellt werden, zu denen die obe­ re Zelle, der Tunnelübergang und die untere Zelle gehören. So kann zwischen der Pufferschicht und der unteren Zelle ein weiterer Tunnelübergang vorhanden sein, oder zwischen der oberen Zelle und dem Tunnelübergang oder zwischen diesem und der unteren Zelle kann eine andere Schicht, wie eine solche zum Abbauen von Verspannungen, eingefügt sein. Derartige Än­ derungen gehören zum Schutzumfang der Erfindung. Außerdem kann die Lichtempfangsseite vom p- oder vom n-Typ sein, vor­ ausgesetzt, dass das Material in den durch die Erfindung an­ gegebenen Bereich fällt.
Durch Anbringen der Pufferschicht wie beim vorliegenden Aus­ führungsbeispiel können Risse, wie sie durch die Differenz von Wärmeexpansionskoeffizienten im fotoelektrischen Wandler hervorgerufen werden können, wenn die Temperatur nach dem Filmbildungsprozess fällt, auf den Bereich innerhalb der Pufferschicht eingegrenzt werden. So nimmt die Ausbeute zu, und die Herstellkosten fallen. Durch Einstellen der Gitter­ konstante in solcher Weise, dass Gitteranpassung zur Schicht unmittelbar darüber besteht, kann eine Schicht mit hervorra­ gender Kristallinität hergestellt werden, und der fotoelek­ trische Wandlungsgrad nimmt zu.
Drittes Ausführungsbeispiel
Ein fotoelektrischer Wandler gemäß dem dritten Ausführungs­ beispiel der Erfindung verfügt über einen pn-Übergang in ei­ ner Außenschicht des Substrats, und er verfügt ferner über einen Tunnelübergang 9 zwischen der Pufferschicht 5 und der unteren Zelle 2. Fig. 13 ist eine Schnittansicht, die einen fotoelektrischen Wandler auf Grundlage des Grundaufbaus der Fig. 12 im Detail zeigt. Unter Bezugnahme auf die Fig. 14 bis 19 wird ein Verfahren zum Herstellen des in Fig. 13 dar­ gestellten fotoelektrischen Wandlers beschrieben. Dabei zeigt Fig. 14 ein p-Ge-Substrat 1, auf dem eine Zellenstruk­ tur hergestellt wird. Durch Eindiffundieren von As während des epitaktischen Wachstums wird auf dem p-Ge-Substrat 12 eine dünne n-Schicht 11 ausgebildet. Dann wird, wie es durch Fig. 15 veranschaulicht ist, auf diesem Substrat 1 die Puf­ ferschicht 5 durch MOCVD hergestellt. Ein Beispiel für das Material der Pufferschicht ist n-Ga1-wAswSb (0,29 < w < 0,33). Wie es in Fig. 16 dargestellt ist, wird der Tunnel­ übergang 9 neu ausgebildet. Ein Beispiel für den Tunnelüber­ gang 9 ist eine p+-Schicht 91 aus Ga1-zInzAs und eine n+- Schicht 92 aus Ga1-zInzAs.
Dann wird die untere Zelle 2 so hergestellt, wie es in Fig. 17 dargestellt ist. Diese untere Zelle 2 verfügt über eine n-Fensterschicht 21, eine n-Schicht 22 aus Ga1-zInzAs, eine p-Schicht 23 aus Ga1-zInzAs und eine Elektrisches-Feld-Rück­ seitenschicht 24 vom p+-Typ. Die Materialien der n-Fenster­ schicht 21 und der Elektrisches-Feld-Rückseitenschicht 24 vom p+-Typ können unter Berücksichtigung des Wandlungsgrads der unteren Zelle aus solchen Materialien geeignet ausge­ wählt werden, die Gitteranpassung an die Schichten 22, 23 aus Ga1-zInzAs zeigen. Z. B. können die n-Fensterschicht 21 und die Elektrisches-Feld-Rückseitenschicht 24 vom p+-Typ aus n-(Al1-yGay)1-xInxP bzw. p+-Ga1-zInzAs bestehen.
Dann wird, wie es in Fig. 18 dargestellt ist, der Tunnel­ übergang 3 hergestellt. Der Tunnelübergang 3 verfügt über eine p+-Schicht 31 aus (Al1-yGay)1-xInxP und eine n+-Schicht 32 aus (Al1-yGay)1-xInxP.
Dann wird, wie es in Fig. 19 dargestellt ist, die obere Zel­ le 4 hergestellt. Diese obere Zelle 4 verfügt über eine n- Fensterschicht 42, eine n-Schicht 43 aus (Al1-yGay)1-xInxP, eine p-Schicht 44 aus (Al1-yGay)1-xInxP und eine Elektri­ sches-Feld-Rückseitenschicht 45 vom p+-Typ, und zwar von oben nach unten. Ferner ist beim vorliegenden Ausführungs­ beispiel für stärkeren Ohmschen Kontakt einer n-Elektrode eine n-Deckschicht 41 vorhanden. Die Materialien der n-Fens­ terschicht 42 und der Elektrisches-Feld-Rückseitenschicht 45 vom p+-Typ können unter Berücksichtigung des Wandlungsgrads der oberen Zelle aus solchen Materialien geeignet ausgewählt werden, die Gitteranpassung an die Schichten 43, 44 aus (Al1-yGay)1-xInxP zeigen. Z. B. können für die n-Fenster­ schicht 42 und die Elektrisches-Feld-Rückseitenschicht 45 vom p+-Typ eine n-Schicht aus (Al1-yGay)1-xInxP, die weniger In enthält, bzw. eine p-Schicht aus (Al1-yGay)1-xInxP ver­ wendet werden. Für die n-Deckschicht 41 kann z. B. n- Ga1-zInzAs verwendet werden. Dann wird die Deckschicht 41 selektiv weggeätzt, um dann zwei Antireflexionsfilme 81, 82 auf der Rückseite der oberen Zelle herzustellen. Abschlie­ ßend werden Metallelektrodenfilme 83, 84 durch Vakuumab­ scheidung oder Sputtern ganz außen und auf der Rückseite hergestellt, um den in Fig. 13 dargestellten fotoelektri­ schen Wandler fertigzustellen.
Der vorstehend beschriebene fotoelektrische Wandler verfügt über ein neuartiges Halbleitermaterial, um unter Optimierung der Kombination der Bandlücken der oberen und unteren Zelle einen besseren fotoelektrischen Wandlungsgrad als bisher zu erzielen. Dieser Wandlungsgrad kann dabei beträchtlich höher als der eines herkömmlichen fotoelektrischen Wandlers unter Verwendung eines III-V-Verbindungshalbleiters sein.

Claims (10)

1. Fotoelektrischer Wandler mit einem ersten und einem zweiten pn-Übergang, dadurch gekennzeichnet, dass der erste pn-Übergang im Wesentlichen in einem durch (Al1-yGay)1-xInxP repräsentierten Halbleiter (4) ausgebildet ist und der zwei­ te pn-Übergang im Wesentlichen in einem durch Ga1-zInzAs re­ präsentierten Halbleiter (2) ausgebildet ist.
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzungsanteile z, x und y der Halbleiter Ga1-zInzAs (2) und (Al1-yGay)1-xInxP (4) in die folgenden jeweiligen Bereiche fallen: 0,11 < z < 0,29, x = -0,346z2 + 1,08z + 0,484 bzw. 131z3 - 66,0z2 + 9, 17z + 0,309 < y < 28,0z3 - 24,4z2 + 5,82z + 0,325.
3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien (Al1-yGay)1-xInxP (4) und Ga1-zInzAs (2) über einen Tunnelübergang (3) verbunden sind.
4. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeich­ net durch eine Pufferschicht 5 zwischen einem Substrat (1) und einer der Schichten (2, 4) mit dem ersten oder zweiten pn-Übergang auf dem Substrat (1), wobei der Wärmeexpansions­ koeffizient dieser Pufferschicht mindestens demjenigen der Schicht (2, 24) unmittelbar über ihr entspricht.
5. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeexpansionskoeffizient des Substrats (1) kleiner als der der Schicht (2, 24) unmittelbar über der Pufferschicht (5) ist.
6. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterkonstante der Pufferschicht (5) Gitteranpassung an die Schicht (2, 24) unmittelbar über ihr zeigt.
7. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (5) aus einem Material besteht, das im We­ sentlichen durch GaAs1-wSbw (0,29 < w < 0,33) repräsentiert ist.
8. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die den ersten bzw. zweiten pn-Übergang enthaltende Schicht (2, 4) auf einem Einkristallsubstrat aus GaAs, Ge (11, 12) oder Si hergestellt ist.
9. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die den ersten bzw. zweiten pn-Übergang enthaltende Schicht (2, 4) auf einem Substrat (1) herge­ stellt ist, das aus einem Si-Einkristallsubstrat besteht, auf dem eine Verbindungskristallschicht aus Si1-xGex herge­ stellt ist.
10. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeich­ net durch einen pn-Übergang (11, 12) in einem oberen Bereich eines Substrats (1), das die Schichten (2, 4) mit dem ersten und zweiten pn-Übergang trägt.
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