DE10106491B4 - Fotoelektrischer Wandler mit einem ersten und einem zweiten pn-Übergang aus III-V-Verbindungshalbleitern - Google Patents

Fotoelektrischer Wandler mit einem ersten und einem zweiten pn-Übergang aus III-V-Verbindungshalbleitern Download PDF

Info

Publication number
DE10106491B4
DE10106491B4 DE10106491A DE10106491A DE10106491B4 DE 10106491 B4 DE10106491 B4 DE 10106491B4 DE 10106491 A DE10106491 A DE 10106491A DE 10106491 A DE10106491 A DE 10106491A DE 10106491 B4 DE10106491 B4 DE 10106491B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
junction
cell
substrate
photoelectric converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10106491A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10106491A1 (de
Inventor
Tadashi Kashihara Hisamatsu
Kazuyo Nakamura
Yuji Komatsu
Masafumi Shimizu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Publication of DE10106491A1 publication Critical patent/DE10106491A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10106491B4 publication Critical patent/DE10106491B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
    • H01L31/1852—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising a growth substrate not being an AIIIBV compound
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0687—Multiple junction or tandem solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
    • H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Fotoelektrischer Wandler mit einem ersten und einem zweiten pn-Übergang, wobei der erste pn-Übergang in einem durch (Al1-yGay)1-xInxP repräsentierten Halbleiter (4) ausgebildet ist und der zweite pn-Übergang in einem durch Ga1-zInzAs repräsentierten Halbleiter (2) ausgebildet ist, wobei 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 und 131z3 – 66,0z2 + 9,17z + 0,309 < y < 28,0z3 – 24,4z2 + 5,82z + 0,325, undwobei die den ersten und zweiten pn-Übergang enthaltende Schicht (2, 4) auf einem Einkristallsubstrat (11, 12) aus GaAs, Ge oder Si hergestellt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft fotoelektrische Wandler zum Umsetzen von Lichtenergie in elektrische Energie, und spezieller betrifft sie einen fotoelektrischen Wandler unter Verwendung eines III-V-Verbindungshalbleiters mit verbessertem fotoelektrischem Wandlungsgrad zum Umsetzen von Sonnenlichtenergie in elektrische Energie speziell zur Verwendung im Weltraum.
  • In den letzten Jahren werden als Solarzellen für den Weltraum als Spannungsversorgungsquelle für Raumfahrzeuge, wie Raumsatelliten, größere Anzahlen von Solarzellen mit mehreren Übergängen verwendet, die Halbleiter einer III-V-Verbindung, wie GaAs, enthalten. Derartige Solarzellen können für größeren fotoelektrischen Wandlungsgrad als herkömmliche Silicium-Solarzellen sorgen, die in weitem Umfang als Solarzellen 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 5 223 043 A und US 5 405 453 A offenbart ist. Der Aufbau einer derartigen Solarzelle ist in 20 dargestellt. Die herkömmliche Zelle mit mehreren (zwei) Übergängen verfügt über eine erste Solarzelle (nachfolgend als ”obere Zelle” bezeichnet) 104 aus Ga1-xInxP, die auf der Sonnenlicht-Eintrittsseite ausgebildet ist, und eine zweite Solarzelle (nachfolgend als ”untere Zelle” bezeichnet) 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 verwendet. Hinsichtlich des Zusammensetzungsverhältnisses von Ga1-xInxP in der oberen Zelle entspricht x 0,49, um Gitteranpassung mit GaAs in der unteren Zelle zu erzielen. In diesem Fall sind die Gitterkonstanten der oberen und unteren Zelle so konzipiert, dass sie ungefähr derjenigen des Ge-Substrats entsprechen, um dadurch relativ einfaches epitaktisches 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 Versuchs- bzw. Industrieerzeugnis. In letzter Zeit wurden Solarzellen mit drei Übergängen entwickelt, die zusätzlich zur oberen und unteren Zelle auch im Ge-Substrat einen pn-Übergang 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 beschriebene 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 jedoch die Kombination von Ga1-xInxP und GaAs aus den folgenden Gründen nicht optimal.
  • Der theoretische fotoelektrische Wandlungsgrad einer Solarzelle mit zwei pn-Übergängen ist z. B. im Artikel IEEE Transaction an Electron Devices, ED-34, S. 257 beschrieben. Der Artikel zeigt die Beziehung zwischen dem erwarteten Wert für den fotoelektrischen Wandlungsgrad und einem Bereich von Band löcken 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 unteren Zelle und dem Substrat erzielt werden, um für eine Epitaxieschicht hoher Qualität zu sorgen. 21 zeigt die Beziehung zwischen der Gitterkonstante und der Bandlückenenergie für verschiedene Halbleitermaterialien. Auf Grundlage des oben genannten Artikels zeigt 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.
  • Die GB 2 117 174 A beschreibt einen fotoelektrischen Wandler mit einem ersten pn-Übergang und einem zweiten pn-Übergang. Der erste pn-Übergang ist in einem durch Ga0,43In0,57P realisierten Halbleiter ausgebildet, und der zweite pn-Übergang ist in einem durch Ga0,88In0,12As realisierten Halbleiter ausgebildet.
  • Weiterhin ist aus JP 59-172780 A ein fotoelektrischer Wandler bekannt, bei dem ein erster pn-Übergang in einem durch (Ga0,56Al0,44)0,95In0,05As realisierten Halbleiter ausgebildet ist, während ein zweiter pn-Übergang in einem durch Ga0,83In0,17As realisierten Halbleiter ausgebildet ist. Für den Halbleiter des ersten pn-Übergangs sollen die Bandlückenenergien in einem Bereich von 0,80 EgB + 0,77 eV ≤ EgT ≤ 0,80 EgB + 0,92 eV liegen, während für den Halbleiter des zweiten pn-Übergangs die Bandlückenenergien in einem Bereich von 0,96 eV ≤ EgB ≤ 1,36 eV liegen sollen, wodurch sich ein Wandlungswirkungsgrad von ca. 32% ergeben soll.
  • Aus der DE 42 13 391 A1 ist eine monolithische Tandem-Solarzelle mit einem InP-Substrat bekannt. Die beiden Solarzellen sind gitterangepasst, bestehen aus GaInAsP und InP und sind übereinander auf dem Substrat gelegen.
  • In US 4 963 949 A und US 4 370 510 A wird auf die Gitteranpassung und Angleichung der Wärmeausdehnungskoeffizienten bei verschiedenen Halbleitern, wie GaAs, InP und GaAsSb eingegangen.
  • Aus der US 5 944 913 A ist es bekannt, einen optionalen Germanium-pn-Übergang einem Substrat vorzusehen, auf dem weitere pn-Übergänge vorhanden sind.
  • Schließlich sind Solarzellen auf der Grundlage von III-V-Verbindungshalbleitern aus US 4 017 332 A , US 4 404 421 A , US 4 667 059 A und WO 99/27 587 A1 bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen fotoelektrischen Wandler zu schaffen, der durch die Kombination von Materialien für eine obere und eine untere Zelle einen erhöhten fotoelektrischen Wandlungsgrad zeigt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wandler mit den Merkmalen einer der Patentansprüche 1 bis 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 4 bis 8.
  • Der erfindungsgemäße fotoelektrische Wandler ist zunächst mit einem ersten und einem zweiten pn-Übergang versehen. Diese bestehen aus Halbleitern, die durch (Al1-yGay)1-xInxP bzw. Ga1-zInzAs repräsentiert sind.
  • Herkömmlich wurde davon ausgegangen, dass zumindest die folgenden 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 zwischen Schicht und Substratmaterialien.
  • Jedoch ist es schwierig, eine Kombination von Halbleitermaterialien 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 unteren 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') bezeichnet.)
  • Außerdem ergab sich die folgende Erkenntnis. Übereinstimmung der Wärmeexpansionskoeffizienten hinsichtlich der Materialien der Schicht und des Substrats ist ebenfalls nicht extrem wichtig, und Probleme hinsichtlich Rissen in der Schicht, die durch einen Unterschied des Wärmeexpansionskoeffizienten her vorgerufen werden, können vermieden werden, solange der Expansionskoeffizient der Schicht höchstens so groß wie der des Substrats ist. (Diese Bedingung, eine gelinderte Bedingung (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 geeignet sind, die durch (Al1-yGay)1-xInxP bzw. Ga1-zInzAs repräsentiert sind. Der Hauptgrund hierfür sind die Bedingungen (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 Formel CP belegt, während im Fall von B1-xCxP, wenn also die Elemente B, C und P vorhanden sind, das Element B die restlichen Orte 1 – x belegt. Bei (Al1-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-Verbindungshalbleiters bei der Erfindung weisen InP, InAs, GaAs, GaP oder dergleichen im Allgemeinen Zinkblendestruktur auf. Zinkblendestruktur ist der Diamantstruktur von Halbleitern der Gruppe IV, wie Ge, Si, ähnlich. Beim erfindungsgemäßen fotoelektrischen Wandler fallen die Zusammensetzungsanteile z, x und y der Halbleiter Ga1-zInzAs und (Al1-yGay)1-xInxP 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 Bandlückenenergien für diese Halbleiter ausgeführt, um eine optimale Kombination von (Al1-yGay)1-xInxP und Ga1-zInzAs aufzufinden. 1 ist ein Diagramm, das einen Bereich A von Bandlückenenergien der Materialien der oberen und unteren Zelle zum Erreichen eines fotoelektrischen Wandlungsgrads von mindestens 34% zeigt. In 1 repräsentieren die Abszisse und die Ordinate die Bandlückenenergien der Materialien der oberen 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 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 Halbleitermaterial 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 Verbindungskristall 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 Bereiche 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 untere 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 = –0,34622 + –1,08z + 0,484 bzw. 131z3 – 66,0z2 + 9,17z + 0,309 < y < 28,0z3 – 24,422 + 5,82z + 0,325, vorausgesetzt, dass z innerhalb des oben genannten Bereichs liegt. Der Bereich von x ist dergestalt, wie es in 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 4 angegeben ist, und zwar entsprechend dem Zusammensetzungsanteil 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 Gitterfehlanpassung zu Ge auf unter 2% beschränkt werden, wenn das Substrat aus Ge besteht und x, y und z im obigen Bereich liegen. 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 Solarzelle bildendes Halbleitermaterial dadurch ein neues Material verwendbar ist, dass die Gitteranpassungsbedingung hinsichtlich des Substrats gelindert ist. D. h., dass für die obere Zelle ein neuer Halbleiter auf Grundlage des Konzepts eines Verbindungskristalls erhalten ist. Anders gesagt, wird dieselbe Kristallstruktur verwendet, jedoch sind die den Kristall aufbauenden Elemente geändert, oder die Zusammensetzungsanteile 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 Bandlückenenergie oder dergleichen aufweist. Derartige Verbindungskristalle 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 dergleichen zur Folge hat. Diesbezüglich sind die oben angegebenen Halbleiter Ga1-zInzAs und (Al1-yGay)1-xInxP, die auf Grundlage des Konzepts eines Verbindungskristalls hergestellt werden, neu.
  • Nun wird der Unterschied zwischen der Erfindung und den oben eingangs genannten US-Patenten, auf denen das Konzept der Erfindung beruht, im Einzelnen beschrieben.
  • (1) Unterschied gegenüber US 5 223 043 A
  • 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-Substrat besteht, wie bereits ausgeführt. Andererseits muss die Schicht beim erfindungsgemäßen Bauteil nicht notwendigerweise 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 Material der oberen Zelle bei einem erfindungsgemäßen fotoelektrischen Wandler, 15% Al enthält, was von jedem der Materialien gemäß den obigen Kombinationen (A), (B) und (C) abweicht. Anders gesagt, wird durch die Erfindung ein hoher Wandlungsgrad dadurch erzielt, dass die Bandlücken der oberen und unteren Zelle unter Verwendung von Al enthaltendem (Al1-yGay)1-xInxP für die obere Zelle geeignet eingestellt sind. 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 5 405 453 A
  • Dieses US-Patent offenbart die folgenden zwei Kombinationen von Materialien für eine Solarzelle mit zwei Übergängen:
    • (D) eine Kombination einer oberen Zelle aus (Ga, In)P (typischerweise Ga0,49In0,51P) und einer unteren Zelle aus GaAs.
    • (E) eine Kombination einer oberen Zelle aus (Al, In)P (typischerweise Al0,55In0,45P) und einer unteren Zelle aus GaAs.
  • Die obigen Kombinationen (D) und (E) beruhen auf der Voraussetzung einer Gitteranpassung an ein Ge-Substrat, was hinsichtlich 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 Kombination offenbart:
    • (F) eine Kombination einer oberen Zelle aus In0,49Ga0,51P) und einer unteren Zelle aus In0,01Ga0,99As.
  • Die Kombination (F) sorgt unter Verwendung von In0,01Ga0,99As, das 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 Solarzelle. Ferner unterscheiden sich sowohl die obere als auch die untere Zelle hinsichtlich der verwendeten Materialien 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 Material (Al1-yGay)1-xInxP verwendet, und die Materialien für die obere und die untere Zelle müssen bestimmte Einstellbereiche für die Zusammensetzungsanteile der Materialien aufweisen.
  • Vorzugsweise 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 fotoelektrischen Wandler mit höherem Wandlungsgrad als bisher genutzt werden.
  • Der fotoelektrische Wandler kann 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 verfügen, wobei der Wärmeexpansionskoeffizient der Pufferschicht zumindest demjenigen der Schicht unmittelbar über ihr entsprechen kann.
  • Bei einem derartigen Aufbau werden im Fall einer Temperaturänderung 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 kann der Wärmeexpansionskoeffizient des Substrats vorzugsweise kleiner als der der Schicht unmittelbar über der Pufferschicht sein.
  • Bei einem derartigen Aufbau kann die Pufferschicht wirkungsvoller Risse verhindern. Die Gitterkonstante des Pufferschichtmaterials liegt nahe an dem der Schicht und des Substrats. 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 vorzugsweise an die der Schicht unmittelbar über ihr angepasst. Genauer gesagt, es ist wünschenswert, dass das Pufferschichtmaterial z. B. im Wesentlichen aus GaAs1-wSbw (0,29 < w < 0,33) besteht. Der vorstehend genannte Zusammensetzungsanteil w kann in geeigneter Weise im Bereich 0,29 < w < 0,33 ausgewählt werden, um für Gitteranpassung oder geringe Gitterfehlanpassung abhängig vom Wert des Zusammensetzungsanteils 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 Substrat aus mindestens einem der Materialien GaAs, Ge und Si hergestellt ist.
  • Bei einem derartigen Aufbau wird eine Schicht guter Kristallinität erzeugt, um auf einfache Weise für einen fotoelektrischen Wandler mit höherem Wandlungsgrad zu sorgen. Außerdem begrenzt ein Ge-Einkristall für das Substrat die Gitterfehlanpassung zum Substrat auf innerhalb von 2%. So wird durch epitaktisches Wachstum eine Schicht hoher Qualität erzeugt, 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-Verbindungskristallschicht auf einem einkristallinen Si-Substrat vorhanden sein.
  • Durch einen solchen Aufbau wird die Gitterfehlanpassung gelindert, und es kann eine Schicht mit hervorragender Kristallinität hergestellt werden. Außerdem kann trotz eines billigen Substrats ein fotoelektrischer Wandler mit höherem Wand lungsgrad 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 Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher.
  • 1 ist ein Diagramm, das optimale Zusammensetzungsanteile gemäß der Erfindung für eine obere Zelle aus (Al1-yGay)1-xInxP und eine untere Zelle aus Ga1-zInzAs zeigt.
  • 2 ist ein Kurvenbild, das einen Bereich für den Zusammensetzungsanteil x des Materials (Al1-yGay)1-xInxP der oberen Zelle abhängig vom Zusammensetzungsanteil z des Materials Ga1-zInzAs der unteren Zelle zeigt.
  • 3 ist ein Kurvenbild, das einen Bereich für den Zusammensetzungsanteil z des Materials (Al1-yGay)1-xInxP der oberen Zelle abhängig vom Zusammensetzungsanteil z des Materials Ga1-zInzAs der unteren Zelle zeigt.
  • 4 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen des Grundaufbaus einer Solarzelle mit mehreren Übergängen aus einem III-V-Verbindungshalbleiter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 5 ist eine Schnittansicht, die die Solarzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im Detail zeigt.
  • 6 ist eine Schnittansicht, die das Substrat der in 5 dargestellten Solarzelle zeigt.
  • 7 ist eine Schnittansicht, die eine auf dem Substrat der 6 hergestellte untere Zelle zeigt.
  • 8 ist eine Schnittansicht, die einen auf der Struktur der 7 hergestellten Tunnelübergang zeigt.
  • 9 ist eine Schnittansicht, die eine auf der Struktur der 8 hergestellte obere Zelle zeigt.
  • 10 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen des Grundaufbaus einer Solarzelle mit mehreren Übergängen aus einem III-V-Verbindungshalbleiter gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • 11 ist eine Schnittansicht, die die Solarzelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Detail zeigt.
  • 12 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen des Grundaufbaus einer Solarzelle mit mehreren Übergängen aus einem III-V-Verbindungshalbleiter gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
  • 13 ist eine Schnittansicht, die die Solarzelle gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel im Detail zeigt.
  • 14 ist eine Schnittansicht, die einen pn-Übergang zeigt, der dadurch in einem Substrat hergestellt wurde, dass bei der in 13 dargestellten Solarzelle n-Verunreinigungen in den oberen Bereich eines p-Substrats implantiert wurden.
  • 15 ist eine Schnittansicht, die eine auf der Struktur der 14 hergestellte Pufferschicht zeigt.
  • 16 ist eine Schnittansicht, die einen auf der Struktur der 15 hergestellten Tunnelübergang zeigt.
  • 17 ist eine Schnittansicht, die eine auf der Struktur der 16 hergestellte untere Zelle zeigt.
  • 18 ist eine Schnittansicht, die einen auf der Struktur der 17 hergestellten Tunnelübergang zeigt.
  • 19 ist eine Schnittansicht, die eine auf der Struktur der 18 hergestellte obere Zelle zeigt.
  • 20 ist eine Schnittansicht, die den Grundaufbau einer Solarzelle mit mehreren Übergängen aus einem herkömmlichen III-V-Verbindungshalbleiter zeigt.
  • 21 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Gitterkonstante und der Bandlückenenergie für verschiedene Halbleiter zeigt.
  • Nun werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • 4 ist eine Schnittansicht, die den Grundaufbau eines fotoelektrischen Wandlers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. In 4 ist die Einfallsrichtung 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 gemäß 4 sind eine untere Zelle 2, ein Tunnelübergang 3 und eine obere Zelle 4 sequenziell als Stapel auf ein Substrat 1 aufgeschichtet. Zum Herstellen des Stapels wird MOCVD unter Verwendung metallorganischer Verbindungen oder MBE (Molekularstrahlepitaxie) verwendet. Obwohl für das Substrat 1 wünschenswerterweise ein Ge-Einkristall verwendet wird, kann zum Senken der Kosten ein ”Epitaxiesubstrat” verwendet werden, das durch epitaktisches Wachstum eines Verbindungskristalls wie Ge oder Si1-xGex auf einem Si-Substrat erhalten wurde. Alternativ kann eine Struktur mit drei Übergängen mit in diesen Substraten ausgebildeten pn-Übergängen verwendet werden, oder durch einen Heteroübergang zu einem unmittelbar darüber vorhandenen Material der unteren Zelle kann eine Potenzialbarriere ausgebildet werden.
  • Die untere Zelle 2 verfügt über einen Übergang zwischen einer p- und einer n-Schicht, d. h. einen pn-Übergang von Materialien, die zumindest die Zusammensetzung Ga1-zInzAs (0,11 < z 0,29) aufweisen. Durch Anbringen einer bekannten Fensterschicht 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-Sammelwirkungsgrad der unteren Zelle verbessert werden. Außerdem kann eine Pufferschicht angebracht werden, um eine Diffusion von Substratelementen oder Fremdstoffen aus dem Substrat 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 dotierten Schicht zwischen der p+- und der n+-Schicht zu verhindern. Das Material für den Tunnelübergang kann Ga1-zInzAs oder (Al1-yGay)1-xInxP oder ein Halbleitermaterial einer anderen 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 = –0,34622 + 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 Ladungsträger-Sammelwirkungsgrad der oberen Zelle 4 kann z. B. auf bekannte Weise dadurch verbessert werden, dass auf der Oberfläche einer Fensterschicht angebracht wird und auf der Rückseite eine Schicht für ein elektrisches Feld angebracht wird.
  • 5 ist eine Schnittansicht, die einen fotoelektrischen Wandler, der aus der Grundstruktur der 4 abgeleitet ist, im Detail zeigt. In 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 Elektrisches-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-Rückseitenschicht 45 vom p+-Typ. Ferner sind auf der Oberfläche und der Oberflächenelektrode 83 und der Rückseitenelektrode 84, die zum Empfangen elektrischer Energie dienen, Antireflexionsfilme 81, 82 und eine n-Deckschicht 41a ausgebildet.
  • Nun wird unter Bezugnahme auf die 6 bis 9 ein Verfahren zum Herstellen des in 5 dargestellten fotoelektrischen Wandlers beschrieben. Bei diesem Herstellverfahren werden Filmbildungsschritte oder dergleichen sukzessive unter Verwendung einer MOCVD-Vorrichtung ausgeführt. Als Material der Gruppe III wird ein metallorganisches Material wie Trimethylgallium, Trimethylaluminium oder Trimethylindium mit Wasserstoff als Trägergas einer Filmbildungsvorrichtung zugeführt. Als Material der Gruppe V wird ein Gas, wie Arsin (AsH3), Phosphin (PH3) oder Stibin (SbH3) verwendet. Als Dotierungsfremdstoff 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 verwendet. 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 Verbindungshalbleitermaterial hergestellt werden kann. Die Zusammensetzung der Schicht und ihre Dicke können jeweils durch die Zusammensetzung des zugeführten Gases oder die Gaszuführungszeit eingestellt werden.
  • 6 ist eine Schnittansicht, die ein p-Ge-Substrat 1 zeigt, auf dem eine Schicht herzustellen ist. Als Erstes wird, wie es in 7 dargestellt ist, durch MOCVD die untere 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-Rückseitenschicht 24 vom p+-Typ können unter Berücksichtigung des Wandlungsgrads der unteren Zelle in geeigneter Weise aus Materialien 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 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 9 dargestellt ist, die obere Zelle 4 hergestellt. Diese obere Zelle 4 verfügt über eine n-Deckschicht 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 einer Elektrode auf der n-Fensterschicht 42 hergestellt. Die Materialien für die n-Fensterschicht 42 und die Elektrisches-Feld-Rückseitenschicht 45 vom p+-Typ können geeignet unter Berücksichtigung des Wandlungsgrads der oberen Zelle aus solchen Materialien ausgewählt werden, die Gitteranpassung 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 (5) auszubilden. Auf der Oberseite der oberen 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 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 10 verfügt die Pufferschicht 5 über ein Material mit einer Gitterkonstanten, die dicht bei der einer Funktionsschicht und des Substrats liegt, und sie verfügt über einen Wärmeexpansionskoeffizienten, der zumindest demjenigen des Material der Schicht entspricht, die unmittelbar über ihr ausgebildet ist, d. h. die äußerste Schicht der unteren Zelle. Die Pufferschicht 5 soll Risse eingrenzen, die durch eine Differenz zwischen den Wärmeexpansionskoeffizienten 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 verhindern. So werden in der unteren Zelle 2, dem Tunnelübergang 3 und der oberen Zelle 4 keine Risse hervorgerufen. Wünschenswerter ist es, dass der Wärmeexpansionskoeffizient des Materials der unmittelbar über der Pufferschicht hergestellten 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 Zusammensetzungsanteil 0,11 < z < 0,29 des Materials Ga1-zInzAs der unteren Zelle ausgewählt ist. Die untere Zelle 2, der Tunnelübergang 3 und die obere Zelle 4 sind gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
  • 11 zeigt einen fotoelektrischen Wandler auf Grundlage des Grundaufbaus des in 10 dargestellten fotoelektrischen Wandlers im Detail. Die untere Zelle 2 und die obere Zelle 4, die eine Mehrschichtstruktur bilden, und die Antireflexionsfilme 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 obere 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 Änderungen gehören zum Schutzumfang der Erfindung. Außerdem kann die Lichtempfangsseite vom p- oder vom n-Typ sein, vorausgesetzt, dass das Material in den durch die Erfindung angegebenen Bereich fällt.
  • Durch Anbringen der Pufferschicht wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel 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 Gitterkonstante in solcher Weise, dass Gitteranpassung zur Schicht unmittelbar darüber besteht, kann eine Schicht mit hervorragender Kristallinität hergestellt werden, und der fotoelektrische Wandlungsgrad nimmt zu.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Ein fotoelektrischer Wandler gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung verfügt über einen pn-Übergang in einer Außenschicht des Substrats, und er verfügt ferner über einen Tunnelübergang 9 zwischen der Pufferschicht 5 und der unteren Zelle 2. 13 ist eine Schnittansicht, die einen fotoelekt rischen Wandler auf Grundlage des Grundaufbaus der 12 im Detail zeigt. Unter Bezugnahme auf die 14 bis 19 wird ein Verfahren zum Herstellen des in 13 dargestellten fotoelektrischen Wandlers beschrieben. Dabei zeigt 14 ein p-Ge-Substrat 1, auf dem eine Zellenstruktur 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 15 veranschaulicht ist, auf diesem Substrat 1 die Pufferschicht 5 durch MOCVD hergestellt. Ein Beispiel für das Material der Pufferschicht ist n-Ga1-wAswSb (0,29 < w < 0,33). Wie es in 16 dargestellt ist, wird der Tunnelübergang 9 neu ausgebildet. Ein Beispiel für den Tunnelübergang 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 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-Rückseitenschicht 24 vom p+-Typ. Die Materialien der n-Fensterschicht 21 und der Elektrisches-Feld-Rückseitenschicht 24 vom p+-Typ können unter Berücksichtigung des Wandlungsgrads der unteren Zelle aus solchen Materialien geeignet ausgewählt 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 18 dargestellt ist, der Tunnelübergang 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 19 dargestellt ist, die obere Zelle 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 Elektrisches-Feld-Rückseitenschicht 45 vom p+-Typ, und zwar von oben nach unten. Ferner ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel für stärkeren Ohmschen Kontakt einer n-Elektrode eine n-Deckschicht 41 vorhanden. Die Materialien der n-Fensterschicht 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-Fensterschicht 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 verwendet 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. Abschließend werden Metallelektrodenfilme 83, 84 durch Vakuumabscheidung oder Sputtern ganz außen und auf der Rückseite hergestellt, um den in 13 dargestellten fotoelektrischen 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 (8)

  1. Fotoelektrischer Wandler mit einem ersten und einem zweiten pn-Übergang, wobei der erste pn-Übergang in einem durch (Al1-yGay)1-xInxP repräsentierten Halbleiter (4) ausgebildet ist und der zweite pn-Übergang in einem durch Ga1-zInzAs repräsentierten Halbleiter (2) ausgebildet ist, wobei 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 und 131z3 – 66,0z2 + 9,17z + 0,309 < y < 28,0z3 – 24,4z2 + 5,82z + 0,325, undwobei die den ersten und zweiten pn-Übergang enthaltende Schicht (2, 4) auf einem Einkristallsubstrat (11, 12) aus GaAs, Ge oder Si hergestellt ist.
  2. Fotoelektrischer Wandler mit einem ersten und einem zweiten pn-Übergang, wobei der erste pn-Übergang in einem durch (Al1-yGay)1-xInxP repräsentierten Halbleiter (4) ausgebildet ist und der zweite pn-Übergang in einem durch Ga1-zInzAs repräsentierten Halbleiter (2) ausgebildet ist, wobei 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 und 131z3 – 66,0z2 + 9,17z + 0,309 < y < 28,0z3 – 24,4z2 + 5,82z + 0,325, undwobei die den ersten und zweiten pn-Übergang enthaltende Schicht (2, 4) auf einem Substrat (1) hergestellt ist, das aus einem Si-Einkristallsubstrat besteht, auf dem eine Verbindungskristallschicht aus Si1-xGex hergestellt ist.
  3. Fotoelektrischer Wandler mit einem ersten und einem zweiten pn-Übergang, wobei der erste pn-Übergang in einem durch (Al1-yGay)1-xInxP repräsentierten Halbleiter (4) ausgebildet ist und der zweite pn-Übergang in einem durch Ga1-zInzAs repräsentierten Halbleiter (2) ausgebildet ist, wobei 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 und 131z3 – 66,0z2 + 9,17z + 0,309 < y < 28,0z3 – 24,4z2 + 5,82z + 0,325, undwobei eine Pufferschicht (5) zwischen einem Substrat (1) und einer der Schichten (2, 4) mit dem ersten oder zweiten pn-Übergang auf dem Substrat (1) angeordnet ist, wobei der Wärmeexpansionskoeffizient dieser Pufferschicht (5) mindestens demjenigen der Schicht (2, 24) unmittelbar über ihr entspricht.
  4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeexpansionskoeffizient des Substrats (1) kleiner als der der Schicht (2, 24) unmittelbar über der Pufferschicht (5) ist.
  5. Wandler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterkonstante der Pufferschicht (5) Gitteranpassung an die Schicht (2, 24) unmittelbar über ihr zeigt.
  6. Wandler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (5) aus einem Material besteht, das durch GaAs1-wSbw (0,29 < w < 0,33) repräsentiert ist.
  7. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen pn-Übergang (11, 12) in einem oberen Bereich des Substrats (1), das die Schichten (2, 4) mit dem ersten und zweiten pn-Übergang trägt.
  8. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien (Al1-yGay)1-xInxP (4) und Ga1-zInzAs (2) über einen Tunnelübergang (3) verbunden sind.
DE10106491A 2000-02-14 2001-02-13 Fotoelektrischer Wandler mit einem ersten und einem zweiten pn-Übergang aus III-V-Verbindungshalbleitern Expired - Fee Related DE10106491B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000034896A JP4064592B2 (ja) 2000-02-14 2000-02-14 光電変換装置
JP034896/00 2000-02-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10106491A1 DE10106491A1 (de) 2001-08-23
DE10106491B4 true DE10106491B4 (de) 2010-08-12

Family

ID=18559162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10106491A Expired - Fee Related DE10106491B4 (de) 2000-02-14 2001-02-13 Fotoelektrischer Wandler mit einem ersten und einem zweiten pn-Übergang aus III-V-Verbindungshalbleitern

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6504091B2 (de)
JP (1) JP4064592B2 (de)
DE (1) DE10106491B4 (de)
TW (1) TW480738B (de)

Families Citing this family (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6602701B2 (en) * 2000-01-11 2003-08-05 The General Hospital Corporation Three-dimensional cell growth assay
US7238622B2 (en) * 2001-04-17 2007-07-03 California Institute Of Technology Wafer bonded virtual substrate and method for forming the same
CA2482258A1 (en) * 2001-04-17 2002-10-24 California Institute Of Technology A method of using a germanium layer transfer to si for photovoltaic applications and heterostructure made thereby
US20050026432A1 (en) * 2001-04-17 2005-02-03 Atwater Harry A. Wafer bonded epitaxial templates for silicon heterostructures
JP2003218374A (ja) * 2002-01-23 2003-07-31 Sharp Corp Ｉｉｉ−ｖ族太陽電池
US6660928B1 (en) * 2002-04-02 2003-12-09 Essential Research, Inc. Multi-junction photovoltaic cell
AU2003297649A1 (en) * 2002-12-05 2004-06-30 Blue Photonics, Inc. High efficiency, monolithic multijunction solar cells containing lattice-mismatched materials and methods of forming same
JP2004296658A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Sharp Corp 多接合太陽電池およびその電流整合方法
US7148417B1 (en) 2003-03-31 2006-12-12 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration GaP/silicon tandem solar cell with extended temperature range
US9018515B2 (en) 2004-01-20 2015-04-28 Cyrium Technologies Incorporated Solar cell with epitaxially grown quantum dot material
JP5248782B2 (ja) * 2004-01-20 2013-07-31 シリアム・テクノロジーズ・インコーポレーテッド エピタキシャルに成長させた量子ドット材料を有する太陽電池
WO2005104192A2 (en) * 2004-04-21 2005-11-03 California Institute Of Technology A METHOD FOR THE FABRICATION OF GaAs/Si AND RELATED WAFER BONDED VIRTUAL SUBSTRATES
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
US7732706B1 (en) * 2004-09-17 2010-06-08 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Solar cell circuit and method for manufacturing solar cells
US7846759B2 (en) * 2004-10-21 2010-12-07 Aonex Technologies, Inc. Multi-junction solar cells and methods of making same using layer transfer and bonding techniques
DE102005000767A1 (de) 2005-01-04 2006-07-20 Rwe Space Solar Power Gmbh Monolithische Mehrfach-Solarzelle
US10374120B2 (en) * 2005-02-18 2019-08-06 Koninklijke Philips N.V. High efficiency solar cells utilizing wafer bonding and layer transfer to integrate non-lattice matched materials
US8101498B2 (en) * 2005-04-21 2012-01-24 Pinnington Thomas Henry Bonded intermediate substrate and method of making same
WO2007025062A2 (en) * 2005-08-25 2007-03-01 Wakonda Technologies, Inc. Photovoltaic template
US20070243703A1 (en) * 2006-04-14 2007-10-18 Aonex Technololgies, Inc. Processes and structures for epitaxial growth on laminate substrates
NL2000248C2 (nl) * 2006-09-25 2008-03-26 Ecn Energieonderzoek Ct Nederl Werkwijze voor het vervaardigen van kristallijn-silicium zonnecellen met een verbeterde oppervlaktepassivering.
US7732301B1 (en) 2007-04-20 2010-06-08 Pinnington Thomas Henry Bonded intermediate substrate and method of making same
WO2009009111A2 (en) * 2007-07-10 2009-01-15 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University GaInNAsSB SOLAR CELLS GROWN BY MOLECULAR BEAM EPITAXY
US20090278233A1 (en) * 2007-07-26 2009-11-12 Pinnington Thomas Henry Bonded intermediate substrate and method of making same
US10541349B1 (en) 2008-12-17 2020-01-21 Solaero Technologies Corp. Methods of forming inverted multijunction solar cells with distributed Bragg reflector
US8665363B2 (en) * 2009-01-21 2014-03-04 Sony Corporation Solid-state image device, method for producing the same, and image pickup apparatus
JP5609119B2 (ja) * 2009-01-21 2014-10-22 ソニー株式会社 固体撮像装置、その製造方法および撮像装置
TWI416716B (zh) * 2009-01-21 2013-11-21 Sony Corp 固態影像裝置，其製造方法，及攝像設備
GB2467934B (en) * 2009-02-19 2013-10-30 Iqe Silicon Compounds Ltd Photovoltaic cell
US20100319764A1 (en) * 2009-06-23 2010-12-23 Solar Junction Corp. Functional Integration Of Dilute Nitrides Into High Efficiency III-V Solar Cells
US8119904B2 (en) * 2009-07-31 2012-02-21 International Business Machines Corporation Silicon wafer based structure for heterostructure solar cells
US20110114163A1 (en) * 2009-11-18 2011-05-19 Solar Junction Corporation Multijunction solar cells formed on n-doped substrates
TWI409959B (zh) * 2009-12-07 2013-09-21 Epistar Corp 太陽能電池元件及其裝置
CN102668110A (zh) * 2009-12-25 2012-09-12 住友化学株式会社 半导体基板、半导体基板的制造方法以及光电变换装置的制造方法
US20110232730A1 (en) 2010-03-29 2011-09-29 Solar Junction Corp. Lattice matchable alloy for solar cells
US9214580B2 (en) 2010-10-28 2015-12-15 Solar Junction Corporation Multi-junction solar cell with dilute nitride sub-cell having graded doping
US8962991B2 (en) 2011-02-25 2015-02-24 Solar Junction Corporation Pseudomorphic window layer for multijunction solar cells
US8766087B2 (en) 2011-05-10 2014-07-01 Solar Junction Corporation Window structure for solar cell
WO2013074530A2 (en) 2011-11-15 2013-05-23 Solar Junction Corporation High efficiency multijunction solar cells
US9153724B2 (en) 2012-04-09 2015-10-06 Solar Junction Corporation Reverse heterojunctions for solar cells
ES2831831T3 (es) 2014-02-05 2021-06-09 Array Photonics Inc Convertidor de energía monolítico con múltiples uniones
US10361330B2 (en) 2015-10-19 2019-07-23 Solaero Technologies Corp. Multijunction solar cell assemblies for space applications
US9985161B2 (en) 2016-08-26 2018-05-29 Solaero Technologies Corp. Multijunction metamorphic solar cell for space applications
US10270000B2 (en) 2015-10-19 2019-04-23 Solaero Technologies Corp. Multijunction metamorphic solar cell assembly for space applications
US20170110613A1 (en) 2015-10-19 2017-04-20 Solar Junction Corporation High efficiency multijunction photovoltaic cells
US9935209B2 (en) 2016-01-28 2018-04-03 Solaero Technologies Corp. Multijunction metamorphic solar cell for space applications
US10256359B2 (en) 2015-10-19 2019-04-09 Solaero Technologies Corp. Lattice matched multijunction solar cell assemblies for space applications
US10403778B2 (en) 2015-10-19 2019-09-03 Solaero Technologies Corp. Multijunction solar cell assembly for space applications
US10263134B1 (en) 2016-05-25 2019-04-16 Solaero Technologies Corp. Multijunction solar cells having an indirect high band gap semiconductor emitter layer in the upper solar subcell
CN106252450B (zh) * 2016-09-05 2018-03-23 上海空间电源研究所 一种含有末端小失配子电池的多结太阳电池及其制备方法
DE102016013749A1 (de) * 2016-11-18 2018-05-24 Azur Space Solar Power Gmbh Stapelförmige Halbleiterstruktur
US10636926B1 (en) 2016-12-12 2020-04-28 Solaero Technologies Corp. Distributed BRAGG reflector structures in multijunction solar cells
US11282979B2 (en) 2017-03-03 2022-03-22 Solaero Technologies Corp. Distributed bragg reflector structures in multijunction solar cells
US10930808B2 (en) 2017-07-06 2021-02-23 Array Photonics, Inc. Hybrid MOCVD/MBE epitaxial growth of high-efficiency lattice-matched multijunction solar cells
EP3669402A1 (de) 2017-09-27 2020-06-24 Array Photonics, Inc. Optoelektronische vorrichtungen mit kurzer wellenlänge mit verdünnter nitridschicht
JP7290939B2 (ja) * 2018-12-20 2023-06-14 シャープ株式会社 Ｉｉｉ－ｖ族化合物半導体太陽電池および人工衛星
EP3939085A1 (de) 2019-03-11 2022-01-19 Array Photonics, Inc. Optoelektronische vorrichtungen mit kurzer wellenlänge mit abgestuften oder gestuften aktiven regionen mit verdünntem nitrid

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4017332A (en) * 1975-02-27 1977-04-12 Varian Associates Solar cells employing stacked opposite conductivity layers
US4370510A (en) * 1980-09-26 1983-01-25 California Institute Of Technology Gallium arsenide single crystal solar cell structure and method of making
US4404421A (en) * 1982-02-26 1983-09-13 Chevron Research Company Ternary III-V multicolor solar cells and process of fabrication
GB2117174A (en) * 1982-02-25 1983-10-05 Chevron Res Multilayer photovoltaic solar cell
JPS59172780A (ja) * 1983-03-22 1984-09-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> モノリシツクカスケ−ド形太陽電池
US4667059A (en) * 1985-10-22 1987-05-19 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Current and lattice matched tandem solar cell
US4963949A (en) * 1988-09-30 1990-10-16 The United States Of America As Represented Of The United States Department Of Energy Substrate structures for InP-based devices
DE4213391A1 (de) * 1991-04-23 1992-10-29 Us Energy Monolithische tandem-solarzelle
US5223043A (en) * 1991-02-11 1993-06-29 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Current-matched high-efficiency, multijunction monolithic solar cells
US5405453A (en) * 1993-11-08 1995-04-11 Applied Solar Energy Corporation High efficiency multi-junction solar cell
WO1999027587A1 (en) * 1997-11-26 1999-06-03 Sandia Corporation High-efficiency solar cell and method for fabrication

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4094704A (en) * 1977-05-11 1978-06-13 Milnes Arthur G Dual electrically insulated solar cells
US4235651A (en) * 1979-03-19 1980-11-25 Hughes Aircraft Company Fabrication of GaAs-GaAlAs solar cells
US4835116A (en) * 1987-11-13 1989-05-30 Kopin Corporation Annealing method for III-V deposition
US6340788B1 (en) * 1999-12-02 2002-01-22 Hughes Electronics Corporation Multijunction photovoltaic cells and panels using a silicon or silicon-germanium active substrate cell for space and terrestrial applications

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4017332A (en) * 1975-02-27 1977-04-12 Varian Associates Solar cells employing stacked opposite conductivity layers
US4370510A (en) * 1980-09-26 1983-01-25 California Institute Of Technology Gallium arsenide single crystal solar cell structure and method of making
GB2117174A (en) * 1982-02-25 1983-10-05 Chevron Res Multilayer photovoltaic solar cell
US4404421A (en) * 1982-02-26 1983-09-13 Chevron Research Company Ternary III-V multicolor solar cells and process of fabrication
JPS59172780A (ja) * 1983-03-22 1984-09-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> モノリシツクカスケ−ド形太陽電池
US4667059A (en) * 1985-10-22 1987-05-19 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Current and lattice matched tandem solar cell
US4963949A (en) * 1988-09-30 1990-10-16 The United States Of America As Represented Of The United States Department Of Energy Substrate structures for InP-based devices
US5223043A (en) * 1991-02-11 1993-06-29 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Current-matched high-efficiency, multijunction monolithic solar cells
DE4213391A1 (de) * 1991-04-23 1992-10-29 Us Energy Monolithische tandem-solarzelle
US5405453A (en) * 1993-11-08 1995-04-11 Applied Solar Energy Corporation High efficiency multi-junction solar cell
WO1999027587A1 (en) * 1997-11-26 1999-06-03 Sandia Corporation High-efficiency solar cell and method for fabrication
US5944913A (en) * 1997-11-26 1999-08-31 Sandia Corporation High-efficiency solar cell and method for fabrication

Also Published As

Publication number Publication date
TW480738B (en) 2002-03-21
US6504091B2 (en) 2003-01-07
US20010018924A1 (en) 2001-09-06
JP4064592B2 (ja) 2008-03-19
DE10106491A1 (de) 2001-08-23
JP2001230431A (ja) 2001-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10106491B4 (de) Fotoelektrischer Wandler mit einem ersten und einem zweiten pn-Übergang aus III-V-Verbindungshalbleitern
DE4004559C2 (de) Photovoltaisches Halbleiterelement mit Tandemstruktur
DE112008002387B4 (de) Struktur einer Mehrfachübergangs-Solarzelle, Verfahren zur Bildung einer photonischenVorrichtung, Photovoltaische Mehrfachübergangs-Zelle und Photovoltaische Mehrfachübergangs-Zellenvorrichtung,
DE112010003140B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Mehrfach-Fotovoltaikvorrichtung
DE3635944A1 (de) Tandem-solarzelle
DE3615515C2 (de)
EP2430672B1 (de) Tunneldioden aus spannungskompensierten verbindungshalbleiterschichten
DE102014000156A1 (de) Mehrfachsolarzelle mit einer einen niedrigen Bandabstand aufweisenden Absorptionsschicht in der Mittelzelle
DE112011103244T5 (de) Mehrfachübergangssolarzelle mit schwachnitridischer Teilzelle, die eine graduierte Dotierung aufweist
DE4213391A1 (de) Monolithische tandem-solarzelle
DE102012004734A1 (de) Mehrfachsolarzelle und deren Verwendung
DE3111828A1 (de) Vorrichtung zur umsetzung elektromagnetischer strahlung in elektrische energie
DE3426338C2 (de)
DE2607005C2 (de) Integrierte Tandem-Solarzelle
DE3416954A1 (de) Ternaere iii-v-multicolor-solarzellen mit einer quaternaeren fensterschicht und einer quaternaeren uebergangsschicht
DE102012025774B3 (de) Verfahren zur Herstellung von Photovoltaikelementen mit Gruppe-III/V-Halbleitern
DE112012005397T5 (de) Verfahren zur Herstellung von verdünnten Nitrid-Halbleitermaterialien zur Verwendung in photoaktiven Vorrichtungen und verwandten Strukturen
DE102012211296A1 (de) Verbesserungen der Leistung von III/V-Heteroübergangs-Solarzellen
DE4039390A1 (de) Solarbatterie und verfahren zu deren hertellung
DE102018203509A1 (de) Vierfach-Solarzelle für Raumanwendungen
DE102010010880A1 (de) Multijunction-Solarzellen basierend auf Gruppe-IV/III-V Hybrid-Halbleiterverbindungen
DE2924388A1 (de) Halbleiterfotoelement
DE112012004059T5 (de) Gestapelter Körper zum Herstellen einer Verbindungshalbleitersolarbatterie, Verbindungshalbleitersolarbatterie und Verfahren zum Herstellen einer Verbindungshalbleiterbatterie
DE102011081983A1 (de) Solarzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102016005640A1 (de) Invertierte Mehrfach-Solarzelle

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R084 Declaration of willingness to licence
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee