DE102009050454A1 - Multi-junction-inverted metamorphous solar cell i.e. photovoltaic cell, for use in e.g. LED in aerospace application, has solar cell aligned regarding another solar-cell by considering lattice defect and exhibiting band gap - Google Patents

Multi-junction-inverted metamorphous solar cell i.e. photovoltaic cell, for use in e.g. LED in aerospace application, has solar cell aligned regarding another solar-cell by considering lattice defect and exhibiting band gap Download PDF

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Abstract

The cell has an upper first solar sub-cell arranged adjacent to second solar-sub cell. A grading intermediate layer is provided adjacent to the first solar sub-cell. A third solar-sub cell possesses a first band gap, which is larger than second band gap. Another grading intermediate layer possesses third band gap, which is larger than the first band gap. A fourth solar-sub cell is provided adjacent to the latter layer. The fourth cell possesses fourth band gap, which is smaller than the first band gap. The fourth cell is aligned regarding the third solar-cell by considering lattice defect. An independent claim is also included for a method for manufacturing the solar cell.

Description

RECHTE DER REGIERUNGRIGHTS OF THE GOVERNMENT

Die Erfindung wurde mit Unterstützung der Regierung gemacht, und zwar unter Kontraktnummer FA9453-06-C-0345 der US-Luftwaffe. Die Regierung hat bestimmte Rechte an dieser Erfindung.The invention was made with government support under Contract Number FA9453-06-C-0345 of the US Air Force. The government has certain rights to this invention.

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HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Halbleitervorrichtungen und auf Herstellungsverfahren sowie Vorrichtungen wie Multijunction-Solarzellen, basierend auf III–V-Halbleiterverbindungen, einschließlich einer metamorphen Schicht. Solche Vorrichtungen sind auch als invertierte nietamorphe Multijunction-Solarzellen (Solarzellen mit mehreren pn-Übergängen) bekannt.The present invention relates to the field of semiconductor devices and manufacturing methods, and devices such as multi-junction solar cells based on III-V semiconductor compounds including a metamorphic layer. Such devices are also known as inverted nietamorphic multijunction solar cells (solar cells with multiple pn junctions).

2. Beschreibung verwandter Technik2. Description of Related Art

Solarleistung von photovoltaischen Zellen, die auch als Solarzellen bezeichnet werden, wurden vorherrschend durch die Silizium-Halbleitertechnologie vorgesehen. In den letzten Jahren hat jedoch die Herstellung der III–V-Verbindungshalbleiter-Multijunction-Solarzellen für Weltraumanwendungen die Entwicklung dieser Technologie beschleunigt, und zwar nicht nur für die Anwendung im Weltraum, sondern auch für die Anwendung bei terrestrischen Solarleistungseinsätzen. Verglichen mit Silizium haben III–V-Verbindungshalbleiter-Multijunction-Vorrichtungen größere Energieumwandlungseffizienzen und besitzen im Allgemeinen einen größeren Strahlungswiderstand, obwohl sie tendenziell in der Herstellung komplizierter sind. Typische III–V-Verbindungshalbleiter-Multijunction-Solarzellen besitzen Energieeffizienzen, die 27% übersteigen, und zwar bei einer Beleuchtung einer Sonne, Luftmasse 0 (AM0)-Belichtung, wohingegen selbst die effizientesten Siliziumtechnologien im Allgemeinen nur ungefähr 18% Effizienz unter vergleichbaren Bedingungen erreichen. Bei einer hohen Solarkonzentration (beispielsweise 500X) besitzen III–V-Verbindungshalbleiter-Multijunction-Solarzellen in terrestrischen Anwendungen (bei AM1, 5D) Energieeffizienzen, die 37% übersteigen. Die hohe Umwandlungseffizienz von III–V-Verbindungshalbleiter-Multijunction-Solarzellen, verglichen mit Silizium-Solarzellen, basiert zum Teil auf der Fähigkeit, eine spektrale Aufspaltung der einfallenden Strahlung zu erreichen, und zwar durch die Verwendung einer Vielzahl von photovoltaischen Zonen oder Regionen mit unterschiedlichen Bandabstandsenergien, und Summierung des Stromes von jeder der Zonen.Solar power of photovoltaic cells, also referred to as solar cells, has been predominantly provided by silicon semiconductor technology. However, in recent years, the fabrication of III-V compound semiconductor multijunction solar cells for space applications has accelerated the development of this technology, not only for space applications but also for use in terrestrial solar power applications. Compared to silicon, III-V compound semiconductor multijunction devices have greater energy conversion efficiencies and generally have greater radiation resistance, although they tend to be more complicated to manufacture. Typical III-V compound semiconductor multijunction solar cells have energy efficiencies that exceed 27% with a sun, air mass 0 (AM0) exposure, whereas even the most efficient silicon technologies generally only achieve about 18% efficiency under comparable conditions. At a high solar concentration (eg, 500X), III-V compound semiconductor multijunction solar cells have energy efficiencies in terrestrial applications (at AM1, 5D) that exceed 37%. The high conversion efficiency of III-V compound semiconductor multi-junction solar cells, compared to silicon solar cells, is based in part on the ability to achieve spectral splitting of the incident radiation through the use of a plurality of photovoltaic zones or regions of different Band gap energies, and summation of the current from each of the zones.

Typische III–V-Verbindungshalbleiter-Multijunction-Solarzellen sind auf einem Halbleiterwafer in vertikalen Multijunction-Strukturen hergestellt. Die individuellen Solarzellen oder Wafer werden sodann in horizontalen Anordnungen angeordnet, wobei die individuellen Solarzellen miteinander in einer elektrischen Serienschaltung verbunden werden. Die Form und Struktur einer Anordnung und auch die Anzahl der Zellen, die die Anordnung enthält, werden teilweise bestimmt durch die gewünschte Ausgangsspannung und den gewünschten Ausgangsstrom.Typical III-V compound semiconductor multi-junction solar cells are fabricated on a semiconductor wafer in vertical multi-junction structures. The individual solar cells or wafers are then arranged in horizontal arrangements, wherein the individual solar cells are connected to each other in a series electrical connection. The shape and structure of an array and also the number of cells containing the array are determined in part by the desired output voltage and the desired output current.

Invertierte metamorphe Solarzellenstrukturen, basierend auf III–V-Verbindungshalbleiterschichten, wie dies beispielsweise in M. W. Wanlass et al, Lattice Mismatched Approaches for High Performance, III–V Photovoltaic Energy Converters (Conference Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialist Conference, Jan. 3–7, 2005, IEEE Press, 2005) beschrieben ist, stellen einen wichtigen konzeptuellen Startpunkt für die Entwicklung von zukünftigen kommerziellen hocheffizienten Solarzellen dar. Die Materialien und Strukturen für eine Anzahl von unterschiedlichen Schichten der vorgeschlagenen und beschriebenen Zellen der genannten Entgegenhaltung haben eine Anzahl von praktischen Schwierigkeiten zur Folge, die sich auf die geeignete Auswahl der Materialien und der Herstellungsschritte beziehen.Inverted metamorphic solar cell structures based on III-V compound semiconductor layers, such as in MW Wanlass et al, Lattice Mismatched Approaches for High Performance, III-V Photovoltaic Energy Converters (Conference Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialist Conference, Jan. 3-7, 2005, IEEE Press, 2005) are an important conceptual starting point for the development of future commercial high efficiency solar cells. The materials and structures for a number of different layers of the proposed and described cells of the cited citation result in a number of practical difficulties, which may be appropriate Refer to selection of materials and manufacturing steps.

Vor der vorliegenden Erfindung waren die Materialien und Herstellungsschritte offenbar im Stand der Technik nicht adäquat zur Erzeugung einer kommerziell durchschlagenden und energieeffizienten Solarzelle unter Verwendung kommerziell vorhandener Herstellungsprozesse zur Erzeugung einer invertieren metamorphen Multijunction-Zellenstruktur.Prior to the present invention, the prior art materials and fabrication steps were apparently inadequate to produce a commercially disruptive and energy efficient solar cell using commercially available fabrication processes to create an inverted metamorphic multi-junction cell structure.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Kurz und allgemein gesagt sieht die Erfindung eine Multijunction- bzw. Mehrschicht-Solarzelle vor mit einer oberen ersten solaren Subzelle mit einem ersten Bandabstand; eine zweite solare Subzelle benachbart zu der ersten solaren Subzelle und mit einem zweiten Bandabstand, der kleiner ist als der erste Bandabstand; eine erste gradierte Zwischenschicht benachbart zu der zweiten solaren Subzelle; wobei die erste gradierte Zwischenschicht einen dritten Bandabstand besitzt, der größer ist als der zweite Bandabstand; und eine dritte solare Subzelle benachbart zu der ersten gradierten Zwischenschicht, wobei die dritte Subzelle einen vierten Bandabstand besitzt, der kleiner ist als der zweiten Bandabstand derart, dass die dritte Subzelle gitterfehlausgerichtet ist bezüglich der erwähnten zweiten Subzelle; eine gradierte Zwischenschicht benachbart zu der dritten Subzelle; wobei die zweite gradierte Zwischenschicht einen fünften Bandabstand besitzt, der größer ist als der vierte Bandabstand; und eine untere vierte Solarsubzelle benachbart zu der erwähnten zweiten gradierten Zwischenschicht, wobei die untere Subzelle einen sechsten Bandabstand besitzt, der kleiner ist als der vierte Bandabstand derart, dass die vierte Subzelle gitterfehlausgerichtet ist bezüglich der dritten Subzellen.Briefly and generally, the invention provides a multi-junction solar cell having an upper first solar subcell with a first bandgap; a second solar subcell adjacent to the first solar subcell and having a second bandgap less than the first bandgap; a first graded intermediate layer adjacent to the second solar subcell; wherein the first graded interlayer has a third bandgap greater than the second bandgap; and a third solar subcell adjacent to the first graded interlayer, the third subcell having a fourth bandgap less than the second bandgap such that the third subcell is lattice misaligned with respect to the second subcell mentioned; a graded intermediate layer adjacent to the third subcell; wherein the second graded interlayer has a fifth bandgap greater than the fourth bandgap; and a lower fourth solar subcell adjacent to said second graded interlayer, wherein said lower subcell has a sixth band gap that is less than the fourth bandgap such that said fourth subcell is lattice misaligned with respect to said third subcell.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle vorgesehen, und zwar durch Vorsehen eines ersten Substrats; Bilden einer oberen ersten Solarsubzelle mit einem ersten Bandabstand auf dem ersten Substrat; Formen oder Bilden einer zweiten solaren Subzelle benachbart zu der ersten solaren Subzelle und mit einem zweiten Bandabstand, der kleiner ist als der erste Bandabstand; Formen einer ersten gradierten Zwischenschicht benachbart zu der zweiten solaren Subzelle; wobei die erste gradierte Zwischenschicht einen dritten Bandabstand besitzt, der größer ist als der zweite Bandabstand; Formen einer dritten solaren Subzelle benachbart zu der ersten gradierten Zwischenschicht, wobei die dritte Subzelle einen vierten Bandabstand besitzt, der kleiner ist als der zweite Bandabstand derart, dass die dritte Subzelle gitterfehlausgerichtet ist bezüglich der zweiten Subzelle; Formen einer zweiten gradierten Zwischenschicht benachbart zu der dritten solaren Subzelle; wobei die zweite gradierte Zwischenschicht einen fünften Bandabstand besitzt, der größer ist als der vierte Bandabstand; Bilden oder Formen einer unteren vierten solaren Subzelle benachbart zu der zweiten gradierten Zwischenschicht, wobei die untere Subzelle einen sechsten Bandabstand besitzt, der kleiner ist als der vierte Bandabstand derart, dass die vierte Subzelle gitterfehlausgerichtet ist bezüglich der dritten Subzelle; Anbringen eines Surrogatsubstrats oben auf der vierten solaren Subzelle; und Entfernen des ersten Substrats.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solar cell by providing a first substrate; Forming an upper first solar subcell having a first band gap on the first substrate; Forming or forming a second solar subcell adjacent to the first solar subcell and having a second bandgap less than the first bandgap; Forming a first graded interlayer adjacent the second solar subcell; wherein the first graded interlayer has a third bandgap greater than the second bandgap; Forming a third solar subcell adjacent to the first graded interlayer, the third subcell having a fourth bandgap smaller than the second bandgap such that the third subcell is lattice misaligned with respect to the second subcell; Forming a second graded intermediate layer adjacent to the third solar subcell; wherein the second graded interlayer has a fifth bandgap greater than the fourth bandgap; Forming or forming a lower fourth solar subcell adjacent to the second graded interlayer, the lower subcell having a sixth band gap that is less than the fourth bandgap such that the fourth subcell is grid misaligned with respect to the third subcell; Attaching a surrogate substrate on top of the fourth solar subcell; and removing the first substrate.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die Erfindung ist besser zu verstehen und kann in ihrer Bedeutung vollständig erkannt werden durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen; in der Zeichnung zeigt:The invention will be better understood and its meaning fully appreciated by reference to the following detailed Description together with the attached drawings; in the drawing shows:

1 eine graphische Darstellung, die den Bandabstand bestimmter binärer Materialien und ihrer Gitterkonstanten darstellt; 1 a graph showing the bandgap of certain binary materials and their lattice constants;

2 einen Querschnitt der Solarzelle der vorliegenden Erfindung nach der anfänglichen Stufe der Herstellung einschließlich des Abscheidens bestimmter Halbleiterschichten auf dem Wachstumssubstrat; 2 a cross section of the solar cell of the present invention after the initial stage of production, including the deposition of certain semiconductor layers on the growth substrate;

3 eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 2 nach der nächsten Folge von Verarbeitungsschritten; 3 a cross-sectional view of the solar cell of 2 after the next sequence of processing steps;

4 einen Querschnitt der Solarzelle der 3 nach der nächsten Folge von Verarbeitungsschritten; 4 a cross section of the solar cell of 3 after the next sequence of processing steps;

5 eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 4 nach der nächsten Folge von Verarbeitungsschritten; 5 a cross-sectional view of the solar cell of 4 after the next sequence of processing steps;

6 eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 5 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt; 6 a cross-sectional view of the solar cell of 5 after the next processing step;

7 eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 6 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem ein Surrogatsubstrat angebracht wird; 7 a cross-sectional view of the solar cell of 6 after the next processing step in which a surrogate substrate is attached;

8A eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 7 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem das Originalsubstrat entfernt wird; 8A a cross-sectional view of the solar cell of 7 after the next processing step, in which the original substrate is removed;

8B einen weiteren Querschnitt der Solarzelle der 8A, wobei sich das Surrogatsubstrat am Boden der Figur befindet; 8B a further cross section of the solar cell of 8A with the surrogate substrate at the bottom of the figure;

9 eine vereinfachte Querschnittsansicht der Solarzelle der 8B nach dem nächsten Verarbeitungsschritt; 9 a simplified cross-sectional view of the solar cell of 8B after the next processing step;

10 einen Querschnitt der Solarzelle der 9 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt; 10 a cross section of the solar cell of 9 after the next processing step;

11 einen Querschnitt der Solarzelle der 10 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt; 11 a cross section of the solar cell of 10 after the next processing step;

12 einen Querschnitt der Solarzelle der 11 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt; 12 a cross section of the solar cell of 11 after the next processing step;

13 eine Draufsicht auf einen Wafer, in dem die Solarzellen hergestellt werden; 13 a plan view of a wafer in which the solar cells are produced;

13B eine Draufsicht auf den Wafer von unten, in dem die Solarzellen hergestellt werden; 13B a plan view of the wafer from below, in which the solar cells are produced;

14 einen Querschnitt der Solarzelle der 12 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt; 14 a cross section of the solar cell of 12 after the next processing step;

15 einen Querschnitt der Solarzelle der 14 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt; 15 a cross section of the solar cell of 14 after the next processing step;

16 einen Querschnitt der Solarzelle der 15 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt; 16 a cross section of the solar cell of 15 after the next processing step;

17 eine Draufsicht auf den Wafer 16, wobei eine Oberflächenansicht des Grabens dargestellt ist, der um die Zelle herum geätzt ist; 17 a plan view of the wafer 16 showing a surface view of the trench etched about the cell;

18A einen Querschnitt der Solarzelle der 16 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt; 18A a cross section of the solar cell of 16 after the next processing step;

18B einen Querschnitt der Solarzelle der 16 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt in einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 18B a cross section of the solar cell of 16 after the next processing step in a second embodiment of the present invention;

19 eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 18 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt; 19 a cross-sectional view of the solar cell of 18 after the next processing step;

20 eine graphische Darstellung des Dotierprofils von Basis- und Emitterschichten einer Subzelle in der metamorphen Solarzelle gemäß der Erfindung; 20 a graphical representation of the doping profile of base and emitter layers of a subcell in the metamorphic solar cell according to the invention;

21 eine graphische Darstellung, die die Strom- und Spannungscharakteristika der invertierten metamorphen Multijunction-Solarzelle gemäß der Erfindung darstellt; 21 Fig. 10 is a graph showing the current and voltage characteristics of the inverted multi-junction metamorphic solar cell according to the invention;

22 ein Diagramm, welches den Bereich von Bandspalten von verschiedenen GaInAlAs-Materialien darstellt, und zwar als Funktion der relativen Konzentration von Al, In und Ga; 22 FIG. 4 is a graph illustrating the range of band gaps of various GaInAlAs materials as a function of the relative concentration of Al, In, and Ga; FIG.

23 eine graphische Darstellung der Ga-Mol-Fraktion abhängig von der Al-zu-In-Mol-Fraktion in GaInAlAs-Materialien notwendig zur Erreichung eines konstanten 1,5 eV-Bandspalts (band gap); 23 a plot of the Ga mole fraction depending on the Al to In mole fraction in GaInAlAs materials necessary to achieve a constant 1.5 eV bandgap;

24 eine graphische Darstellung der Mol-Fraktion zu Gitterkonstante in GaInAlAs-Materialien notwendig zur Erreichung eines konstanten 1,5 EV-Bandspalts. 24 a plot of the molar fraction to lattice constant in GaInAlAs materials necessary to achieve a constant 1.5 EV bandgap.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELSDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden nunmehr beschrieben, und zwar einschließlich beispielhafter Aspekte und Ausführungsbeispiele davon. Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und die folgende Beschreibung sei erwähnt, dass die gleichen Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche oder funktionsmäßig ähnliche Elemente zu bezeichnen, und die Beschreibung soll Hauptmerkmale von exemplarischen Ausführungsbeispielen in einer außerordentlich vereinfachten schematischen Art und Weise beschreiben. Darüber hinaus sei bemerkt, dass die Zeichnungen nicht jedes Merkmal des tatsächlichen Ausführungsbeispiels zeigen und auch nicht die relativen Abmessungen der dargestellten Elemente, die nicht maßstabsgemäß abgebildet sind.Details of the present invention will now be described, including exemplary aspects and embodiments thereof. With reference to the drawings and the following description, it should be noted that the same reference numerals are used to refer to the same or functionally similar elements The description is intended to describe key features of exemplary embodiments in an extremely simplified schematic manner. In addition, it should be noted that the drawings do not show every feature of the actual embodiment, nor the relative dimensions of the illustrated elements, which are not drawn to scale.

Das Grundkonzept der Herstellung einer invertierten metamorphischen Multijunction(IMM)-Solarzelle besteht darin, die Subzellen der Solarzelle auf einem Substrat in einer „umgekehrten” (reversed) Sequenz zu wachsen. Das heißt, die einen hohen Bandabstand besitzenden Subzellen (d. h. die Subzelle mit Bandabständen im Bereich von 1,8 bis 2,1 eV), die normalerweise „oben” auf den Subzellen sich befinden und zur Solarstrahlung hinweisen, werden epitaxial auf einem Halbleiterwachstumssubstrat, wie beispielsweise GaAs oder Ge, gewachsen und diese Subzellen werden daher gegenüber diesem Substrat gitterangepasst. Eine oder mehrere der mittleren einen niedrigeren unteren Bandabstandbesitzenden Subzellen (d. h. die Zellen mit Bandabständen im Bereich von 1,2 bis 1,8 eV) können sodann auf den einen hohen Bandabstand besitzenden Subzellen aufgewachsen werden.The basic concept of fabricating an inverted metamorphic multi-junction (IMM) solar cell is to grow the subcell of the solar cell on a substrate in a "reversed" sequence. That is, the high bandgap subcells (ie, the subcell having bandgaps in the range of 1.8 to 2.1 eV) that are normally "up" on the subcells and are indicative of solar radiation become epitaxially grown on a semiconductor growth substrate, such as For example, GaAs or Ge grown and these subcells are therefore lattice matched to this substrate. One or more of the lower sub-band middle subcellular cells (i.e., the cells with band gaps in the range of 1.2 to 1.8 eV) can then be grown on the high band gap subcells.

Mindestens eine untere Subzelle wird über der mittleren oder Mittelsubzelle derart geformt, dass die mindestens eine untere Subzelle im Wesentlichen bezüglich des Wachstumssubstrats gitterangepasst ist und derart, dass mindestens eine untere Subzelle einen dritten unteren Bandabstand (d. h. einen Bandabstand im Bereich von 0,7 bis 1,2 eV) besitzt. Ein Surrogatsubstrat oder ein Tragsubstrat wird sodann angebracht oder vorgesehen, und zwar über dem „Boden oder der im Wesentlichen gitterfehlausgerichteten unteren Subzelle, und das Wachstumshalbleitersubstrat wird darauf folgend entfernt. (Das Wachstumssubstrat kann darauf folgend wiederverwendet werden und zwar für das Wachstum einer zweiten und darauf folgender Solarzellen).At least one lower subcell is formed over the middle or middle subcell such that the at least one lower subcell is substantially lattice matched with respect to the growth substrate and such that at least one lower subcell has a third lower bandgap (ie, a bandgap in the range of 0.7 to 1 , 2 eV). A surrogate substrate or support substrate is then applied or provided over the bottom or substantially lattice mismatched lower subcell, and the growth semiconductor substrate is subsequently removed. (The growth substrate can subsequently be reused for the growth of a second and subsequent solar cells).

Eine Verschiedenheit von unterschiedlichen Merkmalen der invertierten metamorphischen Multijunction-Solarzellen werden in den oben erwähnten in Beziehung stehenden Anmeldungen offenbart. Einige oder alle diese Merkmale können in den Strukturen und Prozessen, die mit den Solarzellen der vorliegenden Erfindung assoziiert sind, eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung richtet sich jedoch insbesondere auf die Herstellung einer Vier-Junction-invertierten metamorphischen Solarzelle mit zwei unterschiedlichen metamorphischen Schichten, die alle auf ein einziges Wachstumssubstrat gewachsen sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die sich ergebende Konstruktion vier Subzellen mit Bandabständen im Bereich von 1,8 bis 2,1 eV, 1,3 bis 1,5 eV, 0,9 bis 1,1 eV bzw. 0,6 bis 0,8 eV.A variety of different features of the inverted multi-junction metamorphic solar cells are disclosed in the above-referenced related applications. Some or all of these features may be employed in the structures and processes associated with the solar cells of the present invention. However, the present invention is particularly directed to the fabrication of a four-junction inverted metamorphic solar cell having two distinct metamorphic layers, all grown on a single growth substrate. According to the present invention, the resulting construction comprises four sub-cells with band gaps in the range of 1.8 to 2.1 eV, 1.3 to 1.5 eV, 0.9 to 1.1 eV, and 0.6 to 0, respectively. 8 eV.

1 ist eine graphische Darstellung des Bandabstandes oder Bandspalts von bestimmten Binärmaterialien und ihrer Gitterkonstanten. Der Bandabstand und die Gitterkonstanten von ternären Materialien sind auf den Linien angeordnet, die zwischen den typischen assoziierten Binärmaterialien gezogen sind (Binärmaterialien wie beispielsweise das ternäre Material GaAlAs, welches zwischen den GaAs- und AlAs-Punkten der graphischen Darstellung angeordnet ist, wobei der Bandabstand des ternären Materials zwischen 1,42 eV für GaAs und 2,16 eV für AlAs liegt, und zwar abhängig von der relativen Größe der individuellen Bestandteile. Somit gilt Folgendes: Abhängig von dem gewünschten Bandabstand können die Materialbestandteile der ternären Materialien in geeigneter Weise für Wachstum ausgewählt werden. 1 Figure 4 is a graphical representation of the bandgap or bandgap of certain binary materials and their lattice constants. The bandgap and lattice constants of ternary materials are arranged on the lines drawn between the typical associated binary materials (binary materials such as the ternary GaAlAs material located between the GaAs and AlAs points of the plot, where the bandgap of the ternary material is between 1.42 eV for GaAs and 2.16 eV for AlAs, depending on the relative size of the individual constituents Thus, depending on the desired bandgap, the material components of the ternary materials can be suitably selected for growth become.

Die Gitterkonstanten und elektrischen Eigenschaften der Schichten der Halbleiterstruktur werden vorzugsweise gesteuert durch die Spezifikation bzw. Angabe von geeigneten Reaktorwachstumstemperaturen und -zeiten und durch die Verwendung entsprechender chemischer Zusammensetzung und Dotiermitteln. Die Verwendung einer Dampfabscheidungsmethode, wie beispielsweise der organo-metallischen Dampfphasen-Epitaxie (OMVPE = Organo Metallic Vapor Phase Epitaxy), metallorganische chemische Dampfabscheidung (MOCVD = Metal Organic Chemical Vapor Deposition), Molekularstrahl-Epitaxie (MBE = Molecular Beam Epitaxy) oder anderer Dampfabscheidungsverfahren für das umgekehrte Wachstum können es ermöglichen, dass die Schichten der monolithischen Halbleiterstruktur, die die Zelle bilden, mit der erforderlichen Dicke, der elementaren Zusammensetzung, der Dotiermittelkonzentration gewachsen werden.The lattice constants and electrical properties of the layers of the semiconductor structure are preferably controlled by the specification of appropriate reactor growth temperatures and times and by the use of appropriate chemical composition and dopants. The use of a vapor deposition technique such as Organo Metallic Vapor Phase Epitaxy (OMVPE), Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD), Molecular Beam Epitaxy (MBE) or other vapor deposition techniques for reverse growth, the layers of the monolithic semiconductor structure forming the cell may be grown to the required thickness, elemental composition, dopant concentration.

2 veranschaulicht die Multijunction-Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung nach der sequentiellen Bildung oder Formung von drei Subzellen A, B und C auf einem GaAs-Wachstumssubstrat. Insbesondere ist hier ein Substrat 101 gezeigt, welches vorzugsweise Galliumarsenid (GaAs) ist, aber auch Germanium (Ge) oder ein anderes geeignetes Material sein kann. Für GaAs ist das Substrat vorzugsweise ein 15°-abgeschnittenes Substrat, d. h. die Oberfläche ist um 15° gegenüber der (100)-Ebene zu der (111)-A-Ebene versetzt, wie dies im Einzelnen in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 12/047,944, eingereicht am 13. März 2008, beschrieben ist. 2 Figure 12 illustrates the multi-junction solar cell according to the present invention after the sequential formation or formation of three sub-cells A, B and C on a GaAs growth substrate. In particular, here is a substrate 101 which is preferably gallium arsenide (GaAs) but may also be germanium (Ge) or other suitable material. For GaAs, the substrate is preferably a 15 ° cut substrate, ie the surface is 15 ° opposite the 100 ) Level to the ( 111 ) -A plane, as described in detail in U.S. Patent Application Serial No. 12 / 047,944, filed Mar. 13, 2008.

Im Falle eines Ge-Substrats wird eine Keimschicht bzw. Kernbildungsschicht (nicht gezeigt) direkt auf dem Substrat 111 abgeschieden. Ferner sind auf dem Substrat oder über der Kernbildungs- bzw. Nukleationsschicht (im Falle eines Ge-Substrats) eine Pufferschicht 102 und eine Ätzstoppschicht 103 weiterhin abgeschieden. Im Falle eines GaAs-Substrats ist die Pufferschicht 102 vorzugsweise GaAs. Im Falle eines Ge-Substrats ist die Pufferschicht 102 vorzugsweise InGaAs. Eine Kontaktschicht 104 aus GaAs wird sodann auf der Schicht 103 abgeschieden und eine Fensterschicht 105 aus AlInP wird über der Kontaktschicht abgeschieden. Die Subzelle A, bestehend aus einer n+-Emitterschicht 106 und einer p-Typ-Basisschicht 107, wird sodann epitaxial auf der Fensterschicht 105 abgeschieden. Die Subzelle A ist im Allgemeinen gitterangepasst an das Wachstumssubstrat 101.In the case of a Ge substrate, a seed layer (not shown) directly on the substrate 111 deposited. Further, on the substrate or over the nucleation layer (in the case of a Ge substrate) is a buffer layer 102 and an etch stop layer 103 still deposited. In the case of a GaAs substrate, the buffer layer is 102 preferably GaAs. In the case of a Ge substrate, the buffer layer is 102 preferably InGaAs. A contact layer 104 GaAs is then deposited on the layer 103 deposited and a window layer 105 AlInP is deposited over the contact layer. Subcell A, consisting of an n + emitter layer 106 and a p-type base layer 107 , then becomes epitaxial on the window layer 105 deposited. Subcell A is generally lattice matched to the growth substrate 101 ,

Es sei bemerkt, dass die Multijunction-Solarzellenstruktur geformt werden könnte durch irgendeine geeignete Kombination von Gruppe III-bis-V-Elementen, aufgeführt in der periodischen Tabelle unter Berücksichtigung der Gitterkonstanten und der Bandabstanderfordernisse, wobei die Gruppe III Folgendes umfasst: Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In) und Thallium (T). Die Gruppe IV umfasst Kohlenstoff (C), Silizium (Si) und Germanium (Ge) und Zinn (Sn). Die Gruppe V umfasst Stickstoff (N), Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb) und Wismut (Bi).It should be noted that the multi-junction solar cell structure could be formed by any suitable combination of group III to V elements listed in the Periodic Table, taking into account lattice constants and bandgap requirements, where Group III comprises: boron (B) , Aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In) and thallium (T). Group IV includes carbon (C), silicon (Si), and germanium (Ge) and tin (Sn). Group V includes nitrogen (N), phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb) and bismuth (Bi).

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Emitterschicht 106 aus InGa(Al)P aufgebaut und die Basisschicht 107 ist aus InGa(Al)P aufgebaut. Der Aluminium- oder Al-Ausdruck in Klammern in der erwähnten Formel bedeutet, dass Al ein wahlweiser Bestandteil ist und dies in diesem Fall in einer Menge von 0% bis 30%. Das Dotierprofil der Emitter- und Basisschichten 106 und 107 gemäß der vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit 20 diskutiert.In the preferred embodiment, the emitter layer is 106 constructed from InGa (Al) P and the base layer 107 is made up of InGa (Al) P. The aluminum or Al term in parentheses in the mentioned formula means that Al is an optional ingredient, in this case in an amount of 0% to 30%. The doping profile of the emitter and base layers 106 and 107 according to the present invention is used in conjunction with 20 discussed.

Die Subzelle A wird schließlich die „obere” Subzelle der invertierten metamorphen Struktur nach Vollendung der Verarbeitungsschritte gemäß der vorliegenden Erfindung, was im Folgenden noch beschrieben wird.The subcell A finally becomes the "upper" subcell of the inverted metamorphic structure after completion of the processing steps according to the present invention, which will be described later.

Oben auf der Basisschicht 107 wird eine BSF bzw. Back Surface Feld(BSF)-Schicht 108 (hintere Oberflächenfeldschicht 108), vorzugsweise p+AlGaInP, abgeschieden und zur Verminderung des Rekombinationsverlustes verwendet.On top of the base layer 107 becomes a BSF or Back Surface Field (BSF) layer 108 (rear surface field layer 108 ), preferably p + AlGaInP, and used to reduce recombination loss.

Die BSF-Schicht 103 treibt Minoritätsträger von der Zone nahe der Basis/BSF-Interface-Oberfläche, um den Effekt des Rekombinationsverlustes zu minimieren. Anders ausgedrückt gilt Folgendes: Die BSF-Schicht 18 reduziert den Rekombinationsverlust an der Rückseite der Solarsubzelle A und reduziert dadurch die Rekombination in der Basis.The BSF layer 103 drives minority carriers from the zone near the base / BSF interface surface to minimize the effect of recombination loss. In other words: the BSF layer 18 reduces recombination loss at the back of solar subcell A, thereby reducing recombination in the base.

Oben auf der BSF-Schicht 108 wird eine Folge von stark dotierten p-Typ und n-Typ-Schichten 109a und 109b, die eine Tunneldiode bilden, abgeschieden, d. h. ein Ohmsches Schaltungselement, welches die Subzelle A mit der Subzelle B verbindet. Die Schicht 109a besteht vorzugsweise aus p++AlGaAs und die Schicht 109b ist vorzugsweise aufgebaut aus n+++InGaP.On top of the BSF layer 108 becomes a sequence of heavily doped p-type and n-type layers 109a and 109b , which form a tunnel diode, deposited, ie an ohmic circuit element, which connects the subcell A with the subcell B. The layer 109a is preferably composed of p ++ AlGaAs and the layer 109b is preferably composed of n +++ InGaP.

Oben auf den Tunneldiodenschichten 109 wird eine Fensterschicht 110 abgeschieden, vorzugsweise n+InGaP. Der Vorteil der Verwendung von InGaP als das Material, welches die Fensterschicht 110 bildet, besteht darin, dass dieses Material einen Brechungsindex besitzt, der eng angepasst ist an die benachbarte Emitterschicht 111, wie dies vollständiger in der US-Anmeldung Serial Nr. 12/258,190, eingereicht am 24. Oktober 2008, beschrieben ist. Die Fensterschicht 110, verwendet in der Subzelle B, bewirkt die Reduzierung des Interface-Rekombinationsverlustes. Der Fachmann erkennt, dass zusätzliche Schichten oder eine zusätzliche Schicht hinzugefügt oder weggelassen werden können und zwar bei der Zellenstruktur, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.On top of the tunnel diode layers 109 becomes a window layer 110 deposited, preferably n + InGaP. The advantage of using InGaP as the material which the window layer 110 is that this material has a refractive index closely matched to the adjacent emitter layer 111 as more fully described in U.S. Application Serial No. 12 / 258,190, filed October 24, 2008. The window layer 110 used in subcell B causes the reduction of interface recombination loss. One skilled in the art will recognize that additional layers or an additional layer may be added or omitted in the cell structure without departing from the scope of the invention.

Oben auf der Fensterschicht 110 werden die Schichten der Subzelle B abgeschieden: Die n-Typ-Emitterschicht 111 und die p-Typ-Basisschicht 112. Diese Schichten bestehen vorzugsweise aus InGaP bzw. In0,015GaAs (für ein Ge-Substrat oder Wachstums-Templat) oder aus InGaP bzw. GaAs (für ein GaAs-Substrat), obwohl irgendwelche anderen Materialien verwendet werden können, die den Anforderungen hinsichtlich Gitterkonstanten und Bandabstand entsprechen. Somit kann die Subzelle B aufgebaut sein mit einer GaAs, GaInP, GaInAs, GaAsSb oder GaInAsN-Emitterregion oder Zone und einer GaAs, GaInAs, GaAsSb oder GaInAsN-Basiszone. Das Dotierprofil der Schichten 111 und 112 gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Verbindung mit 20 diskutiert.On top of the window layer 110 the layers of subcell B are deposited: the n-type emitter layer 111 and the p-type base layer 112 , These layers are preferably InGaP or In 0.015 GaAs (for a Ge substrate or growth template) or InGaP and GaAs (for a GaAs substrate, respectively), although any other materials that meet the requirements of lattice constants and Band gap correspond. Thus, the subcell B may be constructed with a GaAs, GaInP, GaInAs, GaAsSb or GaInAsN emitter region or region and a GaAs, GaInAs, GaAsSb or GaInAsN base region. The doping profile of the layers 111 and 112 according to the present invention is used in conjunction with 20 discussed.

Bei den zuvor offenbarten Implementierungen einer invertierten metamorphen Solarzelle war die Mittelzelle eine Homostruktur. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ähnlich der in der in US-Patentanmeldung Serial No. 12/023,772 offenbarten Struktur wird die Mittelsubzelle eine Heterostruktur mit einem InGaP-Emitter und ihr Fenster wird konvertiert von InAlP zu InGaP. Diese Modifikation eliminierte die Brechungsindex-Diskontinuität an dem Fenster/Emitter-Interface bzw. der Fenster/Emitter-Zwischenschicht der mittleren Subzelle, wie dies im Einzelnen beschrieben ist in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 12/258,190, eingereicht am 24. Oktober 2008. Darüber hinaus ist die Fensterschicht 110 vorzugsweise dreimal so stark dotiert wie der Emitter 111, um das Fermi-Niveau nach oben dichter zum Leitungsband zu verschieben und daher eine Bandverbiegung (band bending) der Fenster/Emitter-Zwischenschicht bzw. Interface zu schaffen, was zur Folge hat, dass die Minoritätsträger auf die Emitterschicht beschränkt sind.In the previously disclosed inverted metamorphic solar cell implementations, the center cell was a homostructure. In accordance with the present invention, similar to that disclosed in US Pat. 12 / 023,772, the middle subcell becomes a heterostructure with an InGaP emitter and its window is converted from InAlP to InGaP. This modification eliminated the refractive index discontinuity at the window / emitter interface and middle subcell window / emitter interface, respectively, as described in detail in US Patent Application Serial No. 12 / 258,190, filed October 24, 2008 In addition, the window layer 110 preferably doped three times as much as the emitter 111 to shift the Fermi level up closer to the conduction band and therefore to band-bend the window / emitter interface, with the result that the minority carriers are confined to the emitter layer.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besitzt der Mittelsubzellen-Emitter einen Bandabstand gleich dem des oberen Subzellen-Emitters und der dritte Subzellen-Emitter besitzt einen Bandabstand, der größer ist als der Bandabstand der Basis der mittleren Subzelle. Daher gilt Folgendes: Nach der Herstellung der Solarzelle und der Implementierung und dem Betrieb ist keiner der Emitter der mittleren Subzelle B noch der dritten Subzelle C einer absorbierbaren Strahlung ausgesetzt. Im Wesentlichen die gesamten Photonen, die absorbierbare Strahlung repräsentieren, werden durch die Basen der Zellen B und C absorbiert, die schmälere Bandspalte als die Emitter besitzen. Die Vorteile der Verwendung von Hetereojunction-Subzellen sind die Folgenden: (i) Das Kurzwellenlängen-Ansprechen für beide Subzellen verbessert sich und (ii) die Masse der Strahlung wird effektiver absorbiert und durch die einen schmäleren Bandabstand besitzende Basis gesammelt. Der Effekt besteht darin, dass Jsc erhöht wird. In the preferred embodiment of the present invention, the middle subcell emitter has a band gap equal to that of the upper subcell emitter, and the third subcell emitter has a band gap greater than the band gap of the base subcell base. Therefore, following the fabrication of the solar cell and its implementation and operation, none of the emitter of the middle subcell B nor the third subcell C is exposed to absorbable radiation. Substantially all of the photons that represent absorbable radiation are absorbed by the bases of cells B and C, which have narrower band gaps than the emitters. The advantages of using heterojunction subcells are as follows: (i) the short wavelength response for both subcells improves and (ii) the mass of the radiation is more effectively absorbed and collected through the narrower bandgap base. The effect is that J sc is increased.

Oben auf der Zelle B ist eine BSF-Schicht 113 abgeschieden, die die gleiche Funktion ausführt wie die BSF-Schicht 109. Die p++/n++-Tunneldiodenschichten 114a bzw. 114b sind über der BSF-Schicht 113 ähnlich den Schichten 109a und 109b abgeschieden und bilden ein Ohmsches Schaltungselement, um die Subzelle B mit der Subzelle C zu verbinden. Die Schicht 114a ist vorzugsweise aus p++AlGaAs zusammengesetzt und die Schicht 114b besteht vorzugsweise aus n++-InGaP.At the top of cell B is a BSF layer 113 deposited, which performs the same function as the BSF layer 109 , The p ++ / n ++ tunnel diode layers 114a respectively. 114b are above the BSF layer 113 similar to the layers 109a and 109b and form an ohmic circuit element to connect subcell B to subcell C. The layer 114a is preferably composed of p ++ AlGaAs and the layer 114b is preferably made of n ++ InGaP.

Eine Barrieren- oder Sperrschicht 115, vorzugsweise aufgebaut aus n-Typ-InGa(Al)P, ist über der Tunneldiode 114a/114b abgeschieden, und zwar auf einer Dicke von ungefähr 1,0 Mikron. Diese Sperrschicht soll dazu dienen, Schraubenversetzungen (Threading-Dislocations; threading dislocations) an der Fortpflanzung zu hindern, und zwar entweder entgegengesetzt zur Richtung des Wachstums in die mittleren und oberen Subzellen B und C oder in Richtung des Wachstums in die untere oder Boden-Subzelle A, wobei diese im Einzelnen beschrieben ist in der anhängigen US-Patentanmeldung Serial Nr. 11/800,183, eingereicht am 24. September 2007.A barrier or barrier layer 115 , preferably composed of n-type InGa (Al) P, is above the tunnel diode 114a / 114b deposited, to a thickness of about 1.0 micron. This barrier layer is intended to prevent threading dislocations from propagating, either opposite to the direction of growth in the middle and upper sub-cells B and C or in the direction of growth into the bottom or bottom subcell A, which is described in detail in copending U.S. Patent Application Serial No. 11 / 800,183, filed September 24, 2007.

Eine metamorphe Schicht (oder gradierte Zwischenschicht) 116 ist über der Sperrschicht 115 unter Benutzung eines Netzmittels bzw. Oberflächenbehandlungsmittels (Surfactant) abgeschieden. Die Schicht 116 ist vorzugsweise eine zusammensetzungsmäßig stufengradierte Serie von InGaAlAs-Schichten, vorzugsweise mit monoton sich ändernden Gitterkonstanten, um so einen allmählichen Übergang bei der Gitterkonstanten in der Halbleiterstruktur von der Subzelle B zur Subzelle C zu erreichen, während das Auftreten von Schraubenversetzungen minimiert wird. Der Bandabstand der Schicht 116 ist über die gesamte Dicke hinweg konstant, vorzugsweise annähernd gleich 1,5 eV, oder ansonsten konsistent mit einem Wert etwas größer als der Bandabstand der mittleren Subzelle B. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der gradierten Zwischenschicht kann auch als aus (InxGa1-x)yAl1-yAs bestehend ausgewählt werden, wobei x und y derart ausgewählt ist, dass der Bandabstand der Zwischenschicht konstant bei annähernd 1,05 eV verbleibt oder auf einem anderen geeigneten Bandspaltwert.A metamorphic layer (or graded interlayer) 116 is above the barrier layer 115 deposited using a wetting agent or surface treatment agent (surfactant). The layer 116 is preferably a compositionally graded series of InGaAlAs layers, preferably with monotonic varying lattice constants, so as to achieve a gradual transition in lattice constants in the semiconductor structure from subcell B to subcell C while minimizing the occurrence of screw dislocations. The band gap of the layer 116 is constant throughout the thickness, preferably approximately equal to 1.5 eV, or otherwise consistent with a value slightly greater than the band gap of the middle subcell B. The preferred embodiment of the graded interlayer may also be made as (In x Ga 1-x ). y Al 1-y As are selected, where x and y are selected so that the band gap of the intermediate layer remains constant at approximately 1.05 eV or at another suitable band gap value.

Bei dem Netzmittel-unterstützten Wachstum der metamorphen Schicht 116 wird ein geeignetes chemisches Element in den Reaktor während des Wachstums der Schicht 116 eingeführt, um die Oberflächencharakteristika der Schicht zu verbessern. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann ein solches Element ein Dotiermittel sein oder ein Donor-Atom, wie beispielsweise Selen (Se) oder Tellur (Te). Kleine Mengen an Se oder Te sind somit in der metamorphen Schicht 116 eingebaut und verbleiben in der fertigen Solarzelle. Obwohl Se oder Te bevorzugte n-Typ-Dotier-Atome sind, können andere nicht-isoelektronische Netzmittel ebenso verwendet werden.In the wetting agent-assisted growth of the metamorphic layer 116 becomes a suitable chemical element in the reactor during the growth of the layer 116 introduced to improve the surface characteristics of the layer. In the preferred embodiment, such element may be a dopant or a donor atom, such as selenium (Se) or tellurium (Te). Small amounts of Se or Te are thus in the metamorphic layer 116 installed and remain in the finished solar cell. Although Se or Te are preferred n-type dopant atoms, other non-isoelectric wetting agents may also be used.

Ein Netzmittel-unterstütztes Wachstum hat eine viel glättere oder planare Oberfläche zur Folge. Da die Oberflächentopographie die Masseneigenschaften des Halbleitermaterials beim Wachstum, wenn die Schicht dicker und dicker wird, beeinflusst, kann die Verwendung von Netzmitteln die Schraubenversetzungen in den aktiven Regionen oder Zonen minimieren und verbessert die gesamte Solarzellen-Effizienz.Wetting agent-assisted growth results in a much smoother or planar surface. Because surface topography affects the bulk properties of the semiconductor material as it grows thicker and thicker, the use of wetting agents can minimize screw dislocations in the active regions or zones and improves overall solar cell efficiency.

Als eine Alternative zur Verwendung eines nicht-isoelektronischen Netzmittels kann man ein isoelektronisches Netzmittel verwenden. Der Ausdruck „isoelektronisch” bezieht sich auf Netzmittel wie beispielsweise Antimon (Sb) oder Wismut (Bi), da solche Elemente die gleiche Anzahl von Bindungselektronen besitzen wie das P-Atom von InGaP oder wie das As-Atom in InGaAlAs in der metamorphen Pufferschicht. Solche Sb- oder Bi-Netzmittel sind nicht typischerweise in der metamorphen Schicht 116 eingebaut.As an alternative to using a non-isoelectronic surfactant, one can use an isoelectronic surfactant. The term "isoelectronic" refers to wetting agents such as antimony (Sb) or bismuth (Bi) because such elements have the same number of bonding electrons as the P atom of InGaP or As the As atom in InGaAlAs in the metamorphic buffer layer. Such Sb or Bi surfactants are not typically in the metamorphic layer 116 built-in.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel, wo die Solarzelle nur zwei Subzellen besitzt und die „mittlere” Zelle B die oberste oder obere Subzelle in der endgültigen Solarzelle ist, wobei die „obere” Subzelle B typischerweise einen Bandabstand von 1,8 bis 1,9 eV haben würde, würde der Bandabstand der Innenschicht bei konstant 1,9 eV verbleiben.In an alternative embodiment where the solar cell has only two subcells and the "middle" cell B is the uppermost or upper subcell in the final solar cell, the "upper" subcell B typically has a band gap of 1.8 to 1.9 eV would, the band gap of the inner layer would remain at a constant 1.9 eV.

In der invertierten metamorphen Struktur, beschrieben in der Wanlass et al-Literaturstelle, die oben genannt wurde, besteht die metamorphe Schicht aus neun zusammensetzungsmäßigen gradierten InGaP-Schritten, wobei jede Schrittschicht eine Dicke von 0,25 Mikron besitzt. Infolge dessen hat jede Schicht bei Wanlass et al einen unterschiedlichen Bandabstand. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Schicht 116 aufgebaut oder zusammengesetzt aus einer Vielzahl von Schichten von InGaAlAs, und zwar mit monoton sich ändernder Gitterkonstante, wobei jede Schicht den gleichen Bandabstand von annähernd 1,5 eV besitzt.In the inverted metamorphic structure described in the Wanlass et al reference cited above, the metamorphic layer consists of nine compositionally graded InGaP steps, each step layer having a thickness of 0.25 microns. Consequently has every layer at Wanlass et al a different band gap. In the preferred embodiment of the present invention, the layer is 116 constructed or composed of a plurality of layers of InGaAlAs, with monotonic changing lattice constants, each layer having the same band gap of approximately 1.5 eV.

Der Vorteil der Verwendung eines Materials mit konstantem Bandabstand, wie beispielsweise InGaAlAs, besteht darin, dass das auf Arsenid basierende Halbleitermaterial viel leichter zu verarbeiten ist, und zwar mit den üblichen kommerziellen MOCVD-Reaktoren, wobei die kleine Menge an Aluminium die Strahlungstransparenz der metamorphen Schichten sicherstellt.The advantage of using a constant bandgap material, such as InGaAlAs, is that the arsenide-based semiconductor material is much easier to process, with the conventional commercial MOCVD reactors, where the small amount of aluminum is the radiation transparency of the metamorphic layers ensures.

Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Schichten von InGaAlAs für die metamorphe Schicht 116 verwendet, und zwar aus Gründen der Herstellbarkeit und der Strahlungstransparenz, können anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterschiedliche Materialsysteme verwenden, um eine Änderung der Gitterkonstanten von Subzelle B zu Subzelle C zu erreichen. Auf diese Weise ist das System von Wanlass unter Verwendung zusammensetzungsmäßig gradiertem InGaP eine zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können kontinuierlich gradierte Materialien im Gegensatz zu stufengradierten Materialien verwenden. Allgemeiner gesagt, kann die gradierte Zwischenschicht zusammengesetzt sein aus irgendeinem der As-P-N-Sb-basierenden III–V-Verbindungshalbleiter, und zwar unter Berücksichtigung der Einschränkungen, dass man einen „In-Ebene”-Gitterparameter besitzt, der größer oder gleich ist dem der zweiten Solarzelle und kleiner oder gleich dem der dritten Solarzelle ist, und zwar mit einer Bandabstandenergie größer als die der zweiten Solarzelle ist.Although the preferred embodiment of the present invention includes a plurality of layers of InGaAlAs for the metamorphic layer 116 For reasons of manufacturability and radiation transparency, other embodiments of the present invention may use different material systems to achieve a change in lattice constants from subcell B to subcell C. In this way, the system of Wanlass using compositionally graded InGaP is a second embodiment of the present invention. Other embodiments of the present invention can use continuously graded materials as opposed to graded graded materials. More generally, the graded interlayer may be composed of any of the As-PN-Sb based III-V compound semiconductors, taking into account the limitations of having an in-plane lattice parameter greater than or equal to the second solar cell and is smaller than or equal to the third solar cell, and with a bandgap energy is greater than that of the second solar cell.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann eine optionale oder wahlweise zweite Sperrschicht 117 über der InGaAlAs metamorphen Schicht 116 abgeschieden sein. Die zweite Sperrschicht 117 wird typischerweise eine unterschiedliche Zusammensetzung besitzen als die Zusammensetzung der Sperrschicht 115 und übt im Wesentlichen die gleiche Funktion aus, nämlich die Verhinderung der Fortpflanzung von Schraubenversetzungen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Sperrschicht 117 n+-Typ-GaInP.In another embodiment of the present invention, an optional or optionally second barrier layer 117 above the InGaAlAs metamorphic layer 116 be isolated. The second barrier layer 117 will typically have a different composition than the composition of the barrier layer 115 and performs substantially the same function, namely, preventing the propagation of screw dislocations. In the preferred embodiment, the barrier layer is 117 n + type GaInP.

Eine Fensterschicht 118, vorzugsweise zusammengesetzt aus n+-Typ-GaInP, wird sodann über der Sperrschicht 117 (oder direkt über Schicht 116 bei Nichtanwesenheit einer zweiten Sperrschicht) abgeschieden. Diese Fensterschicht arbeitet zur Verminderung des Rekombinationsverlustes in der Subzelle „C”. Dem Fachmann ist klar, dass zusätzliche Schichten hinzugefügt oder weggelassen werden können bei dieser Zellenstruktur, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.A window layer 118 , preferably composed of n + -type GaInP, then becomes over the barrier layer 117 (or directly over layer 116 in the absence of a second barrier layer). This window layer works to reduce the recombination loss in subcell "C". It will be understood by those skilled in the art that additional layers may be added or omitted in this cell structure without departing from the scope of the invention.

Oben auf der Fensterschicht 118 werden die Schichten der Zelle C abgeschieden: Die n+-Emitterschicht 119 und die p-Typ-Basisschicht 120. Diese Schichten sind vorzugsweise zusammengesetzt aus n+-Typ-InGaAs bzw. n+-Typ-InGaAs oder aus n+-Typ-InGaP und p-Typ-InGaAs für Heterojunction-Subzellen, obwohl andere geeignete Materialien in Übereinstimmung hinsichtlich Gitterkonstante und Bandabstandanforderungen ebenfalls verwendet werden können. Das Dotierprofil der Schicht 119 und 120 wird in Verbindung mit 20 diskutiert.On top of the window layer 118 the layers of cell C are deposited: the n + emitter layer 119 and the p-type base layer 120 , These layers are preferably composed of n + -type InGaAs and n + -type InGaAs, respectively, or n + -type InGaP and p-type InGaAs for heterojunction subcells, although other suitable materials in accordance with lattice constants and band gap requirements may also be used , The doping profile of the layer 119 and 120 will be in contact with 20 discussed.

Eine BSF-Schicht 121, vorzugsweise bestehend aus InGaAlAs, wird sodann oben auf der Zelle C abgeschieden, wobei die BSF-Schicht die gleiche Funktion wie die BSF-Schichten 108 und 113 ausführt.A BSF layer 121 , preferably consisting of InGaAlAs, is then deposited on top of the cell C, the BSF layer having the same function as the BSF layers 108 and 113 performs.

Die p++/n++-Tunneldiodenschichten 122a bzw. 122b werden über der BSF-Schicht 121 ähnlich den Schichten 114a und 114b abgeschieden und bilden ein Ohmsches Schaltungselement zur Verbindung der Subzelle C mit der Subzelle D. Die Schicht 122a besteht vorzugsweise aus p++-InGaAlAs und die Schicht 122b besteht vorzugsweise aus n++-InGaAlAs.The p ++ / n ++ tunnel diode layers 122a respectively. 122b be above the BSF layer 121 similar to the layers 114a and 114b deposited and form an ohmic circuit element for connecting the subcell C with the subcell D. The layer 122a is preferably p ++ InGaAlAs and the layer 122b preferably consists of n ++ - InGaAlAs.

3 zeigt einen Querschnitt der Solarzelle der 2 nach der nächsten Sequenz oder Folge von Verarbeitungsschritten. Eine Barrieren- oder Sperrschicht 123, vorzugsweise bestehend aus n-Typ-GaInP ist über der Tunneldiode 122a/122b auf eine Dicke von ungefähr 1,0 Mikron abgeschieden. Eine solche Sperrschicht ist vorgesehen zur Verhinderung der Fortpflanzung von Schraubenversetzungen, und zwar entweder entgegengesetzt zur Wachstumsrichtung in die Oberseite und Mittelsubzellen A, B und C oder aber in einer Richtung des Wachstums in die Subzelle D, wobei dies im Einzelnen in der anhängigen US-Patentanmeldung Serial No. 11/860,183, eingereicht am 24. September 2007, beschrieben ist. 3 shows a cross section of the solar cell of 2 after the next sequence or sequence of processing steps. A barrier or barrier layer 123 , preferably consisting of n-type GaInP is above the tunnel diode 122a / 122b deposited to a thickness of about 1.0 micron. Such a barrier layer is provided to prevent the propagation of screw dislocations, either opposite to the growth direction in the top and middle subcells A, B and C, or in a direction of growth into subcell D, in detail in copending US patent application Ser Serial No. 11 / 860,183, filed September 24, 2007.

Eine metamorphe Schicht (oder gradierte Zwischenschicht) 124 ist über der Sperrschicht 123 unter Verwendung eines Netzmittels abgeschieden. Die Schicht 124 ist vorzugsweise eine zusammensetzungsmäßig stufengradierte Reihe von InGaAlAs-Schichten, vorzugsweise mit monoton sich ändernder Gitterkonstante, um so einen graduellen oder allmählichen Übergang für die Gitterkonstante in der Halbleiterstruktur von der Subzelle C zur Subzelle D zu erreichen, während das Auftreten von Schraubenversetzungen minimiert wird. Der Bandabstand der Schicht 124 ist konstant über die gesamte Dicke hinweg, und zwar vorzugsweise annähernd gleich 1,1 eV, oder ansonsten konsistent mit einem Wert etwas größer als der Bandabstand der mittleren Subzelle C. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der gradierten Zwischenschicht kann auch als aus (InxGa1-x)yAl1-yAs zusammengesetzt ausgedrückt werden, wobei x und y derart ausgewählt sind, dass der Bandabstand der Zwischenschicht konstant bei annähernd 1,1 eV oder auf einem anderen geeigneten Bandabstand verbleibt.A metamorphic layer (or graded interlayer) 124 is above the barrier layer 123 deposited using a wetting agent. The layer 124 is preferably a compositionally graded series of InGaAlAs layers, preferably with monotonic changing lattice constant, so as to achieve a gradual or gradual transition for the lattice constant in the semiconductor structure from subcell C to subcell D while minimizing the occurrence of screw dislocations. The band gap of the layer 124 is constant throughout the thickness, preferably approximately equal to 1.1 eV, or otherwise consistent with a value slightly greater than the bandgap of the middle subcell C. The preferred embodiment of the graded interlayer may also be made as (In x Ga 1). x ) y Al 1-y As are composed, with x and y selected so that the bandgap of the intermediate layer remains constant at approximately 1.1 eV or at another suitable bandgap.

In dem Netzmittel-unterstützten Wachstum der metamorphen Schicht 124 wird eine geeignetes chemisches Element in den Reaktor während des Wachstums der Schicht 124 eingeführt, um die Oberflächencharakteristika der Schicht zu verbessern. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann ein solches Element ein Dotiermittel oder ein Donor-Atom sein, wie beispielsweise Selen (Se) oder Tellur (Te). Kleine Mengen von Se oder Te werden daher in die metamorphe Schicht 124 eingebaut und verbleiben in der fertigen Solarzelle. Obwohl Se oder Te die bevorzugten n-Typ-Dotier-Atome sind, können auch andere nicht-isoelektronische Netzmittel verwendet werden.In the wetting agent-assisted growth of the metamorphic layer 124 becomes a suitable chemical element in the reactor during the growth of the layer 124 introduced to improve the surface characteristics of the layer. In the preferred embodiment, such element may be a dopant or a donor atom, such as selenium (Se) or tellurium (Te). Small amounts of Se or Te are therefore in the metamorphic layer 124 installed and remain in the finished solar cell. Although Se or Te are the preferred n-type dopant atoms, other non-isoelectric wetting agents may also be used.

Eine Fensterschicht 125, vorzugsweise bestehend aus n+-Typ-InGaAlAs, wird sodann über der Schicht 124 abgeschieden (oder über einer zweiten Sperrschicht, wenn eine vorhanden ist, angeordnet über der Schicht 124). Diese Fensterschicht arbeitet zur Verminderung des Rekombinationsverlustes in der vierten Subzelle „D”. Der Fachmann erkennt, dass zusätzliche Schichten hinzugefügt oder weggelassen werden können bei der Zellenstruktur, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.A window layer 125 , preferably consisting of n + -type InGaAlAs, is then over the layer 124 deposited (or over a second barrier layer, if any, disposed over the layer 124 ). This window layer works to reduce the recombination loss in the fourth subcell "D". One skilled in the art will recognize that additional layers may be added or omitted in the cell structure without departing from the scope of the present invention.

4 zeigt einen Querschnitt der Solarzelle der 3 nach der nächsten Sequenz oder Folge von Verarbeitungsschritten. Oben auf der Fensterschicht 124 werden die Schichten der Zelle D abgeschieden: Die n+-Emitterschicht 124 und p-Typ-Basisschicht 127. Diese Schichten sind vorzugsweise zusammengesetzt aus n+-Typ-InGaAs bzw. p-Typ-InGaAs oder aus n+-Typ-InGaP und p-Typ-InGaAs für eine Heterojunction-Subzelle, obwohl andere geeignete Materialien konsistent mit der Gitterkonstanten und den Bandabstanderfordernissen ebenfalls verwendet werden können. Das Dotierprofil der Schicht 126 und 127 wird in Verbindung mit 20 diskutiert. 4 shows a cross section of the solar cell of 3 after the next sequence or sequence of processing steps. On top of the window layer 124 the layers of cell D are deposited: the n + emitter layer 124 and p-type base layer 127 , These layers are preferably composed of n + -type InGaAs or p-type InGaAs or n + -type InGaP and p-type InGaAs for a heterojunction subcell, although other suitable materials consistent with lattice constants and band gap requirements are also used can be. The doping profile of the layer 126 and 127 will be in contact with 20 discussed.

Es sei nunmehr auf 5 Bezug genommen. Eine BSF-Schicht 128, vorzugsweise bestehend aus p+-Typ-InGaAlAs wird sodann oben auf der Zelle D abgeschieden, wobei die BSF-Schicht die gleiche Funktion wie die BSF-Schichten 108, 113 und 121 ausübt.It is now up 5 Referenced. A BSF layer 128 , preferably consisting of p + -type InGaAlAs is then deposited on top of the cell D, the BSF layer having the same function as the BSF layers 108 . 113 and 121 exercises.

Schließlich wird eine einen hohen Bandabstand besitzende Kontaktschicht 129, vorzugsweise bestehend aus p++-Typ-InGaAlAs auf der BSF-Schicht 128 abgeschieden.Finally, a high band gap possessing contact layer 129 , preferably consisting of p ++ type InGaAlAs on the BSF layer 128 deposited.

Die Zusammensetzung dieser Kontaktschicht 129, angeordnet an der Bodenseite (nicht belichtet) der den niedrigsten Bandabstand besitzenden photovoltaischen Zelle (d. h. Subzelle „D2 im dargestellten Ausführungsbeispiel) in einer Multijunction-photovoltaischen-Zelle, kann formuliert werden zur Reduktion der Absorption des Lichtes, das durch die Zelle läuft, so dass (i) die an der Rückseite befindliche darunterliegende Ohmsche Metallkontaktschicht (auf der nicht belichteten Seite) auch als eine Spiegelschicht wirken wird und (ii) die Kontaktschicht nicht selektiv weggeätzt werden muss, um die Absorption zu verhindern.The composition of this contact layer 129 Placed on the bottom side (unexposed) of the lowest band gap photovoltaic cell (ie, subcell "D2 in the illustrated embodiment) in a multijunction photovoltaic cell, can be formulated to reduce the absorption of the light passing through the cell (i) the backside underlying ohmic metal contact layer (on the unexposed side) will also act as a mirror layer and (ii) the contact layer need not be selectively etched away to prevent absorption.

Der Fachmann erkennt, dass eine zusätzliche Schicht oder zusätzliche Schichten hinzugefügt oder weggelassen werden können bei der Zellstruktur, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.One skilled in the art will recognize that an additional layer or layers may be added or deleted in the cell structure without departing from the scope of the invention.

6 ist ein Querschnitt der Solarzelle der 5 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem eine Metallkontaktschicht 123 über der p+-Halbleiterkontaktschicht 122 abgeschieden ist. Das Metall ist vorzugsweise eine Folge von Metallschichten Ti/Au/Ag/Au. 6 is a cross section of the solar cell of the 5 after the next processing step, in which a metal contact layer 123 over the p + semiconductor contact layer 122 is deposited. The metal is preferably a series of metal layers Ti / Au / Ag / Au.

Das gewählte Metallkontaktschema ist eines, das eine planare Zwischenfläche (Interface) mit dem Halbleiter besitzt, und zwar nach der Wärmebehandlung, um den Ohmschen Kontakt zu aktivieren. Dies erfolgt derart dass, (1) eine dielektrische Schicht, welche das Metall vom Halbleiter trennt, nicht abgeschieden werden muss und selektiv in den Metallkontaktgebieten geätzt werden muss, und (2) die Kontaktschicht über den Wellenlängenbereich von Interesse spiegelmäßig reflektiert.The selected metal contact scheme is one having a planar interface with the semiconductor after heat treatment to activate the ohmic contact. This is done in such a way that, (1) a dielectric layer which separates the metal from the semiconductor need not be deposited and must be selectively etched in the metal contact regions, and (2) it reflects the contact layer mirror over the wavelength range of interest.

7 ist ein Querschnitt der Solarzelle der 3 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem eine Klebeschicht 13 über der Metallschicht 130 abgeschieden wird. Das Klebemittel ist vorzugsweise „Wafer Bond” (hergestellt von der Brewer Science, Inc. in Rolla, MO, USA). 7 is a cross section of the solar cell of the 3 after the next processing step, in which an adhesive layer 13 over the metal layer 130 is deposited. The adhesive is preferably "Wafer Bond" (manufactured by Brewer Science, Inc. of Rolla, MO, USA).

In dem nächsten Verfahrens- oder Prozessschritt wird ein Surrogatsubstrat 132, vorzugsweise Saphir, aufgebracht. Alternativ kann das Surrogatsubstrat GaAs, Ge oder Si sein oder ein anderes geeignetes Material. Das Surrogatsubstrat hat ungefähr eine Dicke von 40 mil und ist mit Löchern von ungefähr 1 mm Durchmesser 4 mm voneinander getrennt perforiert, um bei der Entfernung des Klebemittels und des Substrats zu helfen. Eine Alternative zur Verwendung einer Klebeschicht 131 ist die eutektische oder permanente Verbindung eines geeigneten Substrats (beispielsweise GaAs) mit der Metallschicht 130.In the next process or process step becomes a surrogate substrate 132 , preferably sapphire applied. Alternatively, the surrogate substrate may be GaAs, Ge or Si or other suitable material. The surrogate substrate is approximately 40 mils thick and is perforated 4 mm apart with holes about 1 mm in diameter to assist in the removal of the adhesive and substrate. An alternative to using an adhesive layer 131 is the eutectic or permanent connection of one suitable substrate (for example GaAs) with the metal layer 130 ,

8A ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 7 nach dem nächsten Verfahrensschritt, bei dem das ursprüngliche Substrat entfernt wird, und zwar durch eine Folge von Läp- oder Ätzschritten, in denen das Substrat 101 und die Pufferschicht 103 entfernt werden. Die Auswahl eines speziellen Ätzmittels hängt vom Wachstumssubstrat ab. 8A is a cross-sectional view of the solar cell of 7 after the next step in which the original substrate is removed by a series of lapping or etching steps in which the substrate is removed 101 and the buffer layer 103 be removed. The selection of a particular etchant depends on the growth substrate.

8B ist ein Querschnitt der Solarzelle der 8A, wobei die Orientierung des Surrogatsubstrats 132 am Boden der 4 gezeigt ist. Die darauffolgenden Figuren in dieser Anmeldung setzen diese Orientierung voraus. 8B is a cross section of the solar cell of the 8A , wherein the orientation of the surrogate substrate 132 at the bottom of the 4 is shown. The following figures in this application assume this orientation.

9 ist ein vereinfachter Querschnitt der Solarzelle der 8B, wobei nur einige wenige der oberen Schichten und unteren Schichten über dem Surrogatsubstrat 132 dargestellt sind. 9 is a simplified cross section of the solar cell of 8B with only a few of the upper layers and lower layers over the surrogate substrate 132 are shown.

10 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 9 nach dem nächsten Verarbeitungs- oder Verfahrensschritt, in dem die Ätz-Stopschicht 103 durch eine HCl/H2O-Lösung entfernt wird. 10 is a cross-sectional view of the solar cell of 9 after the next processing or process step in which the etch stop layer 103 is removed by an HCl / H 2 O solution.

11 ist ein Querschnitt der Solarzelle der 10 nach der nächsten Folge von Verfahrens- oder Prozessschritten, in denen eine (nicht gezeigte) Photoresistmaske über Kontaktschicht 104 zur Bildung der Gitterlinien (Gitterleiter) 501 platziert wird. Wie im Einzelnen unten beschrieben, werden die Gitterlinien 501 durch Verdampfung abgeschieden und lithographisch gemustert und über der Kontaktschicht 104 abgeschieden. Die Maske wird darauf folgend von den fertigen Metallgitterlinien 501, wie in den Figuren gezeigt, abgehoben. 11 is a cross section of the solar cell of the 10 after the next sequence of process or process steps involving a photoresist mask (not shown) over contact layer 104 for the formation of the grid lines (grid conductor) 501 is placed. As described in detail below, the grid lines become 501 deposited by evaporation and patterned lithographically and over the contact layer 104 deposited. The mask is then followed by the finished metal grid lines 501 , as shown in the figures, lifted off.

Wie im Einzelnen in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 12/218,582, eingereicht am 18. Juli 2008, beschrieben ist, sind die Gitterlinien 501 vorzugsweise aus Pd/Ge/Ti/Pd/Au zusammengesetzt, obwohl andere geeignete Materialien ebenfalls verwendet werden können. Die Offenbarung der genannten Patentanmeldung ist als in die vorliegende Anmeldung aufgenommen anzusehen.As described in detail in U.S. Patent Application Serial No. 12 / 218,582, filed July 18, 2008, the grid lines are 501 preferably composed of Pd / Ge / Ti / Pd / Au, although other suitable materials may also be used. The disclosure of said patent application is to be regarded as included in the present application.

12 ist ein Querschnitt der Solarzelle 11 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, bei dem die Gitterlinien als eine Maske verwendet werden, um die Oberfläche der Fensterschicht 105 herabzuätzen unter Verwendung einer Zitronensäure/Peroxid-Ätzmischung. 12 is a cross section of the solar cell 11 after the next processing step, where the grid lines are used as a mask, around the surface of the window layer 105 using a citric acid / peroxide etching mixture.

13A ist eine Draufsicht eines Wafers, in dem vier Solarzellen implementiert sind. Die Veranschaulichung von vier Zellen geschieht lediglich aus Gründen der Veranschaulichung und die vorliegende Erfindung ist nicht auf irgendeine spezielle Anzahl von Zellen pro Wafer beschränkt. 13A Fig. 10 is a plan view of a wafer in which four solar cells are implemented. The illustration of four cells is for illustrative purposes only and the present invention is not limited to any particular number of cells per wafer.

In jeder Zelle gibt es Gitterlinien bzw. Leitungen 501 (die insbesondere im Querschnitt in 9 gezeigt sind), eine Zwischenverbindungs-Buslinie oder Leitung 502 und einen Kontaktanschluss 503. Die Geometrie und Anzahl der Gitter- und Buslinien bzw. Leitungen und der Kontaktanschluss sind als Veranschaulichung zu verstehen und die vorliegende Erfindung ist nicht auf das veranschaulichte Ausführungsbeispiel beschränkt.There are grid lines in each cell 501 (which in particular in the cross section in 9 shown), an interconnecting bus line or line 502 and a contact connection 503 , The geometry and number of grid and bus lines and the contact pad are to be understood as illustrative, and the present invention is not limited to the illustrated embodiment.

13B ist eine Draufsicht auf den Wafer von unten mit vier Solarzellen gemäß 13A. 13B FIG. 12 is a bottom plan view of four solar cells according to FIG 13A ,

14 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 12 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem eine anti-reflektive (ARC = anti reflective) dielektrische Beschichtungsschicht 130 über der gesamten Oberfläche der Bodenseite des Wafers mit den Gitterlinien oder Leitungen 501 aufgebracht ist. 14 is a cross-sectional view of the solar cell of 12 after the next processing step, in which an anti-reflective (ARC) dielectric coating layer 130 over the entire surface of the bottom side of the wafer with the grid lines or lines 501 is applied.

15 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 14 nach dem nächsten Verfahrensschritt gemäß der vorliegenden Erfindung, in dem erste und zweite Ringkanäle 510 und 511 oder ein Teil der Halbleiterstruktur zur Metallschicht 130 herabgeätzt sind, und zwar unter Verwendung von Phosphid- und Arsenid-Ätzmitteln. Diese Kanäle definieren eine Umfangsgrenze zwischen der Zelle und dem Rest des Wafers und lassen eine Mesa-Struktur zurück, die die Solarzelle bildet. Der in 15 gezeigte Querschnitt ist der, wie man ihn von der A-A-Ebene gemäß 17 aus sieht. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Kanal 510 wesentlich breiter als der Kanal 511. 15 is a cross-sectional view of the solar cell of 14 after the next process step according to the present invention, in which first and second ring channels 510 and 511 or part of the semiconductor structure to the metal layer 130 are etched down, using phosphide and arsenide etchants. These channels define a perimeter boundary between the cell and the remainder of the wafer, leaving behind a mesa structure that forms the solar cell. The in 15 shown cross-section is the one how to get it from the AA level according to 17 looks out. In a preferred embodiment, the channel is 510 much wider than the channel 511 ,

16 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 15 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem der Kanal 511 einen Metallätzmittel ausgesetzt wird, und dass ein Teil der Metallschicht 130, angeordnet am Boden des Kanals 511, entfernt ist. Die Tiefe des Kanals 511 wird dadurch annähernd zu der oberen Oberfläche (Oberseite) der Klebeschicht 131 erstreckt. 16 is a cross-sectional view of the solar cell of 15 after the next processing step, in which the channel 511 a metal etchant is exposed, and that part of the metal layer 130 , located at the bottom of the canal 511 , is removed. The depth of the channel 511 thereby becomes approximately the upper surface (upper side) of the adhesive layer 131 extends.

17 ist eine Draufsicht auf den Wafer der 16, wobei die um den Umfang jeder Zelle herum geätzten Kanäle 510 und 512 gezeigt sind. 17 is a plan view of the wafer of 16 wherein the channels etched around the circumference of each cell 510 and 512 are shown.

18A ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 16 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Surrogatsubstrat 132 in geeigneter Weise auf eine relativ dünne Schicht 132a verdünnt wird, und zwar durch Schleifen, Läppen oder Ätzen. In diesem Ausführungsbeispiel bildet die dünne Schicht 132a den Träger für die Solarzellen bei Anwendungen, wo ein Abdeckglas nicht erforderlich ist, wie dies für das zweite Ausführungsbeispiel, welches unten beschrieben wird, vorgesehen ist. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann der elektrische Kontakt zur Metallkontaktschicht 130 durch den Kanal 510 oder durch andere Strukturen erfolgen. 18A is a cross-sectional view of the solar cell of 16 after the next processing step in a first embodiment of the invention, in which the surrogate substrate 132 suitably on a relatively thin layer 132a is diluted, by grinding, lapping or etching. In this embodiment, the thin layer forms 132a the carrier for the solar cells in applications where a cover glass is not is required, as is provided for the second embodiment, which will be described below. In such an embodiment, the electrical contact to the metal contact layer 130 through the channel 510 or by other structures.

18B ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 16 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Abdeckglas 514 oben an der Zelle durch ein Klebemittel 513 befestigt wird. Das Abdeckglas 514 deckt vorzugsweise den gesamten Kanal 510 ab, erstreckt sich aber nicht zum Umfang der Zelle nahe dem Kanal 511. Obwohl die Verwendung eines Abdeckglases das bevorzugte Ausführungsbeispiel ist, ist es nicht für alle Implementierungen erforderlich und zusätzliche Schichten oder Strukturen können auch verwendet werden, um zusätzliche Halterung oder umgebungsmäßigen Schutz für die Solarzelle vorzusehen. 18B is a cross-sectional view of the solar cell of 16 after the next processing step in a second embodiment of the invention, in which a cover glass 514 at the top of the cell with an adhesive 513 is attached. The cover glass 514 preferably covers the entire channel 510 but does not extend to the periphery of the cell near the channel 511 , Although the use of a cover glass is the preferred embodiment, it is not required for all implementations and additional layers or structures may also be used to provide additional support or environmental protection for the solar cell.

19 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 18B nach dem nächsten Verfahrensschritt der vorliegenden Erfindung, bei dem die Klebeschicht 131, das Surrogatsubstrat 132 und der Umfangsteil 512 des Wafers vollständig entfernt sind, wobei der Abbruch in der Zone des Kanals 510 erfolgt, was nur die Solarzelle mit dem Abdeckglas 514 (oder anderen Schichten oder Strukturen) an der Oberseite zurücklässt und die Metallkontaktschicht 130 am Boden, die den Rückseitenkontakt der Solarzelle bildet. Das Surrogatsubstrat wird vorzugsweise entfernt durch die Verwendung des Ätzmittels EKC 922. Wie oben bemerkt, weist das Surrogatsubstrat Perforationen über seine Oberfläche hinweg auf, die gestatten, dass das Ätzmittel durch das Surrogatsubstrat 132 fließen kann, um seine Entfernung zu gestatten. Das Surrogatsubstrat kann wieder in darauf folgenden Waferverarbeitungs-Operationen verwendet werden. 19 is a cross-sectional view of the solar cell of 18B after the next process step of the present invention, wherein the adhesive layer 131 , the surrogate substrate 132 and the peripheral part 512 of the wafer are completely removed, with the demolition in the zone of the channel 510 what happens is just the solar cell with the cover glass 514 (or other layers or structures) at the top leaves and the metal contact layer 130 at the bottom, which forms the back contact of the solar cell. The surrogate substrate is preferably removed by the use of the etchant EKC 922 , As noted above, the surrogate substrate has perforations across its surface that allow the etchant to pass through the surrogate substrate 132 can flow to allow its removal. The surrogate substrate can be used again in subsequent wafer processing operations.

20 ist eine graphische Darstellung eines Dotierprofils in den Emitter- und Basisschichten von einer oder von mehreren Subzellen der erfindungsgemäßen invertieren metamorphischen Multijunction-Solarzelle. Die verschiedenen Dotierprofile die innerhalb des Rahmens der Erfindung liegen und die Vorteile solcher Dotierprofile sind im Einzelnen in der anhängigen US-Patentanmeldung Serial No. 11/956,069, eingereicht am 13. Dezember 2007, beschrieben, die hier durch Bezugnahme in die Offenbarung dieser Anmeldung aufgenommen wird. Die Dotierprofile, die darin gezeigt sind, sind lediglich veranschaulichend und andere kompliziertere Profile können verwendet Werden, wie dies dem Fachmann klar ist, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. 20 FIG. 12 is a graphical representation of a doping profile in the emitter and base layers of one or more subcells of the inverse metamorphic multi-junction solar cell of the invention. FIG. The various doping profiles that are within the scope of the invention and the advantages of such doping profiles are described in detail in co-pending U.S. patent application Ser. No. 11 / 956,069, filed December 13, 2007, which is incorporated herein by reference in the disclosure of this application. The doping profiles shown therein are merely illustrative, and other more complicated profiles may be used, as will be apparent to those skilled in the art, without departing from the scope of the invention.

21 ist eine graphische Darstellung, die die Strom- und Spannungscharakteristika einer der Test-Solarzellen, hergestellt gemäß der Erfindung, veranschaulicht. Bei dieser Testzelle hatte die untere vierte Subzelle einen Bandspalt oder Bandabstand im Bereich von annähernd 0,6 bis 0,8 eV, und die dritte Subzelle hatte einen Bandabstand im Bereich von annähernd 0,9 bis 1,1 eV, die zweite Subzelle hatte einen Bandabstand im Bereich von annähernd 1,35 bis 1,45 eV und die obere Subzelle hatte einen Bandabstand im Bereich von 1,8 bis 2,1 eV. Die Solarzelle hatte bei einer Messung eine Leerlaufspannung (VOC) von annähernd 3,265 Volt, einen Kurzflussstrom von annähernd 16,26 mA/cm2, einen Füllfaktor von annähernd 82% und eine Effizienz von 32,2%. 21 Fig. 12 is a graph illustrating the current and voltage characteristics of one of the test solar cells made according to the invention. In this test cell, the lower fourth subcell had a bandgap or band gap in the range of approximately 0.6 to 0.8 eV, and the third subcell had a bandgap in the range of approximately 0.9 to 1.1 eV, the second subcell had one Band gap in the range of approximately 1.35 to 1.45 eV and the upper subcell had a band gap in the range of 1.8 to 2.1 eV. The solar cell had an open circuit voltage (VOC) of approximately 3.265 volts, a short-flow current of approximately 16.26 mA / cm 2 , a fill factor of approximately 82%, and an efficiency of 32.2% at one measurement.

22 ist ein Diagramm, welches den Bereich von Bandabständen von verschiedenen GaInAlAs-Materialien darstellt, und zwar als eine Funktion der relativen Konzentration von Al, In und Ga. Dieses Diagramm veranschaulicht wie die Auswahl einer konstanten Bandabstandssequenz von Schichten von GaInAlAs, verwendet in der metamorphen Schicht, ausgelegt sein kann, und zwar durch geeignete Auswahl der relativen Konzentration von Al, In und Ga, um die unterschiedlichen Gitterkonstanten-Erfordernisse für jede aufeinander folgende Schicht zu erfüllen. Unabhängig davon aber, ob 1,5 eV oder 1,1 eV oder ein anderer Bandabstandswert der gewünschte konstante Bandabstand ist, veranschaulicht das Diagramm eine kontinuierliche Kurve für jeden Bandabstand und repräsentiert die inkrementalen Änderungen der Bestandteilsproportionen, wenn sich die Gitterkonstante ändert, um für die Schicht den erforderlichen Bandabstand und Gitterkonstante vorzusehen. 22 Figure 12 is a graph illustrating the range of bandgaps of various GaInAlAs materials as a function of the relative concentration of Al, In and Ga. This diagram illustrates how to select a constant bandgap sequence of layers of GaInAlAs used in the metamorphic layer , can be designed by appropriately selecting the relative concentration of Al, In, and Ga to meet the different lattice constant requirements for each successive layer. However, regardless of whether 1.5 eV or 1.1 eV or another bandgap value is the desired constant bandgap, the graph illustrates a continuous curve for each bandgap and represents the incremental changes in component proportions as the lattice constant changes to reflect the band gap Layer to provide the required band gap and lattice constant.

23 ist eine graphische Darstellung, die weiter die Auswahl einer konstanten Bandabstandssequenz von Schichten von GaInAlAs veranschaulicht, verwendet in der metamorphen Schicht, und zwar durch Darstellung der Ga-Mol-Fraktion abhängig von der Al bis In-Mol-Fraktion in GaInAlAs-Materialien, die notwendig sind, um einen konstanten 1,5 eV-Bandabstand zu erhalten. 23 FIG. 12 is a graph further illustrating the selection of a constant bandgap sequence of layers of GaInAlAs used in the metamorphic layer, showing the Ga mole fraction depending on the Al to In mole fraction in GaInAlAs materials. FIG necessary to obtain a constant 1.5 eV band gap.

24 ist eine graphische Darstellung, die weiter die Auswahl einer konstanten Bandabstandssequenz von Schichten des GaInAlAs veranschaulicht, unter Verwendung der metamorphen Schicht, durch Darstellung der Mol-Fraktion abhängig von der Gitterkonstanten in GaInAlAs-Materialien, die notwendig sind zum Erreichen eines konstanten 1,5 eV-Bandabstands (band gap). 24 Figure 4 is a graph further illustrating the selection of a constant bandgap sequence of layers of GaInAlAs using the metamorphic layer, depicting the mole fraction depending on the lattice constants in GaInAlAs materials necessary to achieve a constant 1.5 eV Band gap.

Man erkennt, dass jedes der oben beschriebenen Elemente, oder zwei oder mehr zusammen, eine nützliche Anwendung finden können bei anderen Arten von Konstruktionen, die von den oben beschriebenen Konstruktionen sich unterscheiden.It will be appreciated that each of the elements described above, or two or more together, may find useful application in other types of designs that differ from the designs described above.

Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Vertikalstapel von vier Subzellen verwendet, kann die vorliegende Erfindung auch auf Stapel mit weniger oder mehr Subzellen angewandt werden, d. h. Zwei-Junction-Zellen, Drei-Junction-Zellen, Fünf-Junction-Zellen usw. Im Falle von Vier- oder mehr Junction-Zellen kann auch die Verwendung von mehr als einer metamorphen Gradierschicht erfolgen. Although the preferred embodiment of the present invention uses a vertical stack of four subcells, the present invention can also be applied to stacks having fewer or more subcells, ie, two junction cells, three junction cells, five junction cells, and so on In the case of four or more junction cells, the use of more than one metamorphic grading layer may also be used.

Zudem gilt Folgendes: Obwohl das vorliegende Ausführungsbeispiel mit oberen und unteren elektrischen Kontakten konfiguriert ist, können die Subzellen in alternativer Weise kontaktiert werden und zwar mittels Metallkontakten an seitlichen leitenden Halbleiterschichten zwischen den Zellen. Solche Anordnungen können verwendet werden, um 3-Anschluss-, 4-Anschluss- und allgemein n-Anschluss-Vorrichtungen zu erreichen. Die Subzellen können zwischen Schaltungen verbunden sein, die diese zusätzlichen Anschlüsse verwenden derart, dass die verfügbare photoerzeugte Stromdichte jeder Subzelle in effektiver Weise ausgenutzt werden kann, was zu einer hohen Effizienz für die Multijunction-Zelle führt, ohne dabei der Tatsache zu widersprechen, dass die photoerzeugten Stromdichten typischerweise in den verschiedenen Subzellen unterschiedlich sind.In addition, although the present embodiment is configured with upper and lower electrical contacts, the subcells may alternatively be contacted by metal contacts on side conductive semiconductor layers between the cells. Such arrangements can be used to achieve 3-port, 4-port and generally n-port devices. The subcells may be connected between circuits that use these additional terminals such that the available photogenerated current density of each subcell can be effectively exploited, resulting in high efficiency for the multijunction cell, without contradicting the fact that the photogenerated current densities are typically different in the different subcells.

Wie oben erwähnt, kann die vorliegende Erfindung eine Anordnung von einer oder mehreren oder sämtlichen Homojunction-Zellen oder Subzellen verwenden, d. h. eine Zelle oder Subzelle, in der der p-n-Übergang (junction) gebildet wird zwischen einem p-Typ-Halbleiter und einem n-Typ-Halbleiter, wobei beide die gleiche chemische Zusammensetzung besitzen und den gleichen Bandabstand, sich jedoch nur in der Dotiermittel-Art und den Typen unterscheiden, und eine oder mehrere Heterojunction-Zellen oder Subzellen vorgesehen sein können. Die Subzelle A mit p-Type und n-Typ-InGaP ist ein Beispiel einer Homojunction-Subzelle. Alternativ, wie dies insbesondere in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 12/023,772, eingereicht am 31. Januar 2008, beschrieben ist, kann die Erfindung ein oder mehrere oder alle Heterojunction-Zellen oder Subzellen verwenden, d. h. eine Zelle oder Subzelle, in der der p-n-Übergang gebildet wird durch einen p-Typ-Halbleiter und einen n-Type-Halbleiter mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen des Halbleitermaterials in den n-Typ-Zonen und/oder unterschiedlichen Bandspalt- oder Bandabstandsenergien in den p-Typ-Zonen oder Regionen, und zwar zusätzlich zur Verwendung unterschiedlicher Dotiermittelarten und der Art der p-Typ- und n-Typ-Regionen, die den p-n-Übergang bilden.As mentioned above, the present invention may use an array of one or more or all of the homojunction cells or subcells, i. H. a cell or subcell in which the pn-junction is formed between a p-type semiconductor and an n-type semiconductor, both having the same chemical composition and the same bandgap, but only in the dopant Type and types, and one or more heterojunction cells or sub-cells can be provided. Subcell A with p-type and n-type InGaP is an example of a homojunction subcell. Alternatively, as specifically described in U.S. Patent Application Serial No. 12 / 023,772, filed January 31, 2008, the invention may use one or more or all of the heterojunction cells or subcells, i. H. a cell or subcell in which the pn junction is formed by a p-type semiconductor and an n-type semiconductor having different chemical compositions of the semiconductor material in the n-type regions and / or different bandgap or bandgap energies in the n-type p-type zones or regions, in addition to using different dopant species and the type of p-type and n-type regions forming the pn junction.

In einigen Zeilen kann eine dünne sogenannte eigenleitende Sperrschicht („intrinsische Schicht” bzw. i-Schicht) zwischen der Emitterschicht und der Basisschicht angeordnet sein mit der gleichen oder unterschiedlichen Zusammensetzung von sowohl der Emitter- als auch der Basisschicht. Die i-Schicht kann die Wirkung hervorrufen, die Minoritätsträger-Rekombination in der Raumladungszone zu unterdrücken. In ähnlicher Weise gilt Folgendes: Entweder die Basisschicht oder die Emitterschicht können ebenfalls intrinsisch oder nicht beabsichtigt dotiert („NID” = not intentionally-doped) über einen Teil oder die gesamte Dicke hinweg sein.In some rows, a thin so-called intrinsic barrier layer ("intrinsic layer" or "i" layer) may be disposed between the emitter layer and the base layer with the same or different composition of both the emitter and base layers. The i-layer may cause the effect of suppressing the minority carrier recombination in the space charge region. Similarly, either the base layer or the emitter layer may also be intrinsically or unintentionally doped ("NID") over part or all of the thickness.

Die Zusammensetzung der Fenster- oder BSF-Schichten kann andere Halbleiterverbindungen verwenden, und zwar unter Berücksichtigung der Erfordernisse hinsichtlich Gitterkonstanten und Bandabstand, und diese Schichten können Folgendes aufweisen: AlInP, AlAs, AlP, AlGaInP, AlGaAsP, AlGaInAs, AlGaInPAs, GaInP, GaInAs, GaInPAs. AlGaAs, AlInAs, AlInPAs, GaAsSb, AlAsSb, GaAlAsSb, AlInSb, GaInSb, AlGaInSb, AlN, GaN, InN, GaInN, AlGaInN, GaInNAs, AlGaInNAs, ZnSSe, CdSSe, und ähnliche Materialien, die in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.The composition of the window or BSF layers may use other semiconductor compounds, taking into account the requirements of lattice constants and bandgap, and these layers may include: AlInP, AlAs, AlP, AlGaInP, AlGaAsP, AlGaInAs, AlGaInPAs, GaInP, GaInAs, GaInPAs. AlGaAs, AlInAs, AlInPAs, GaAsSb, AlAsSb, GaAlAsSb, AlInSb, GaInSb, AlGaInSb, AlN, GaN, InN, GaInN, AlGaInN, GaInNAs, AlGaInNAs, ZnSSe, CdSSe, and similar materials falling within the scope of the present invention.

Obwohl die Erfindung veranschaulicht und beschrieben wurde als in einer invertierten metamorphen Multijunction-Solarzelle, ist es nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die gezeigten Details zu beschränken, da verschiedene Modifikationen und strukturelle Änderungen gemacht werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described as being in an inverted multi-junction metamorphic solar cell, it is not intended to limit the invention to the details shown, as various modifications and structural changes can be made without departing from the scope of the invention.

Obwohl die Beschreibung dieser Erfindung primär auf Solarzellen oder photovoltaische Vorrichtung fokussiert ist, weiß der Fachmann, dass andere optoelektronische Vorrichtungen in Frage kommen wie beispielsweise thermophotovoltaische (TPV) Zellen, Fotodetektoren und Licht emittierende Dioden (LEDs) eine sehr ähnliche Struktur, physikalische Eigenschaften und Materialien wie photovoltaische Vorrichtungen verwenden, mit einigen kleineren Variationen hinsichtlich Dotieren und Minoritätsträger-Lebenszeit. Beispielsweise können Fotodetektoren die gleichen Materialien und Strukturen verwenden wie die photovoltaischen Vorrichtungen, die oben beschrieben wurden, wobei aber möglicherweise geringere Dotierung eingesetzt wird im Hinblick auf Empfindlichkeit und nicht auf Leistungsproduktion. Andererseits können auch LEDs mit ähnlichen Strukturen und Materialien hergestellt werden, möglicherweise aber mit stärkerer Dotierung, um die Rekombinationszeit zu verkürzen, auf welche Weise die Strahlungslebenszeit zur Erzeugung von Licht an Stelle von Leistung betont wird. Die vorliegende Erfindung ist also auch auf Fotodetektoren und LEDs anwendbar mit Strukturen, Materialzusammensetzungen und Herstellungsgegenständen unter Verbesserungen wie dies für die photovoltaischen Zellen oben beschrieben wurde.Although the description of this invention focuses primarily on solar cells or photovoltaic devices, those skilled in the art will recognize that other optoelectronic devices such as thermophotovoltaic (TPV) cells, photodetectors, and light emitting diodes (LEDs) have very similar structure, physical properties, and materials how to use photovoltaic devices, with some minor variations in doping and minority carrier lifetime. For example, photodetectors may use the same materials and structures as the photovoltaic devices described above, but possibly lower doping is used in terms of sensitivity rather than power production. On the other hand, LEDs with similar structures and materials can be made, but possibly with more doping, to shorten the recombination time, thus emphasizing the radiation lifetime for producing light rather than power. Thus, the present invention is also applicable to photodetectors and LEDs having structures, material compositions, and articles of manufacture with improvements as described above for the photovoltaic cells.

Ohne weitere Analyse kann die obige Beschreibung die vorliegende Erfindung vollständig darstellen, und zwar durch Anwendung derzeitigen Wissens, um ohne weiteres eine Adaption für verschiedene Anwendungsfälle vorzusehen, ohne Merkmale wegzulassen, die vom Standpunkt des Standes der Technik aus in fairer Weise essenzielle Charakteristika der allgemeinen oder speziellen Aspekte dieser Erfindung betreffen, so dass solche Adaptionen als innerhalb des Bereichs und der Bedeutung der Äquivalenz der folgende Ansprüche liegen. Without further analysis, the above description may fully illustrate the present invention by utilizing current knowledge to readily provide adaptation for various applications without omitting features that are in a fair manner essential characteristics of the general or generic art from the standpoint of the art pertain to particular aspects of this invention such that such adaptations are within the scope and meaning of the equivalence of the following claims.

Wesentliche Merkmale der Erfindung werden wie folgt zusammengefasst:

  • 1. Eine Multijunction-Solarzelle, die Folgendes aufweist: eine obere erste Solarsubzelle mit einem ersten Bandabstand; eine zweite Solarsubzelle benachbart zu der ersten Solarsubzelle mit einem zweiten Bandabstand kleiner als der erste Bandabstand; eine erste gradierte Zwischenschicht benachbart zu der zweiten Solarsubzelle, wobei die erste gradierte Zwischenschicht einen dritten Bandabstand besitzt, der größer ist als der zweite Bandabstand; und eine dritte Solarsubzelle benachbart zu der ersten gradierten Zwischenschicht, wobei die dritte Subzelle einen vierten Bandabstand besitzt, der größer ist als der zweite Bandabstand derart, dass die dritte Subzelle gitterfehlangepasst bezüglich der zweiten Subzelle ist; eine zweite gradierte Zwischenschicht benachbart zu der dritten Subzelle, wobei die zweite gradierte Zwischenschicht einen fünften Bandabstand besitzt, der größer ist als der vierte Bandabstand; und und eine untere vierte Solarsubzelle benachbart zu der zweiten gradierten Zwischenschicht, wobei die untere Subzelle einen sechsten Bandabstand besitzt, der kleiner ist als der vierte Bandabschnitt derart, dass die vierte Subzelle gitterfehlausgerichtet ist bezüglich der dritten Subzelle.
  • 2. Die Multijunction-Solarzelle nach 1, wobei die erste gradierte Zwischenschicht zusammensetzungsmäßig gradiert ist, um die Gitteranpassung der zweiten Subzelle auf der einen Seite und der dritten Subzelle auf der anderen Seite vorzusehen.
  • 3. Die Multijunction-Solarzelle nach 1, wobei die zweite gradierte Zwischenschicht zusammensetzungsmäßig gradiert ist, um die dritte Subzelle auf einer Seite und die untere vierte Subzelle auf der anderen Seite gitteranzupassen.
  • 4. Die Multijunction-Solarzelle nach 1, wobei die erste gradierte Zwischenschicht zusammengesetzt ist aus irgendeinem der folgenden Verbindungshalbleiter: As-P-N-Sb-basierende III–V-Verbindungshalbleiter, und zwar unter Berücksichtigung der Einschränkungen eines „in-plane”-Gitterparameters größer oder gleich dem der zweiten Subzelle und kleiner als oder gleich dem der dritten Subzelle und mit einer Bandabstandsenergie größer als die der zweiten Subzelle und der dritten Subzelle.
  • 5. Die Multijunction-Solarzelle nach 1, wobei die zweite gradierte Zwischenschicht aufgebaut ist aus irgendeinem der folgenden Verbindungshalbleiter: As-P-N-Sb-basierende III–V-Verbindungshalbleiter, wobei dies unter Berücksichtigung der folgenden Einschränkungen geschieht: Der „in-plane”-Gitterparameter ist größer oder gleich dem der dritten Subzelle und kleiner oder gleich dem der unteren vierten Subzelle (Bodensubzelle) mit einer Bandabstandsenergie größer als der der dritten Subzelle und der der vierten Subzelle.
  • 6. Die Multijunction-Solarzelle nach 1, wobei die ersten und zweiten gradierten Zwischenschichten aufgebaut sind aus (InxGa1-x)yAl1-yAs, wobei x und y derart ausgewählt sind, dass der Bandabstand jeder Zwischenschicht konstant über deren gesamte Dicke verbleibt.
  • 7. Die Multijunction-Solarzelle nach 6, wobei der Bandabstand der ersten gradierten Zwischenschicht konstant bei 1,5 eV verbleibt.
  • 8. Die Multijunction-Solarzelle nach 6, wobei der Bandabstand der zweiten gradierten Zwischenschicht konstant bei 1,1 eV verbleibt.
  • 9. Die Multijunction-Solarzelle nach 1, wobei die obere Subzelle aus einer InGaP-Emitterschicht und einer InGaP-Basisschicht besteht, wobei die zweite Subzelle aufgebaut ist aus einer InGaP-Emitterschicht und einer GaAs-Basisschicht, wobei die dritte Subzelle aufgebaut ist aus einer InGaP-Emitterschicht und einer InGaAs-Basisschicht und wobei schließlich die am Boden befindliche untere vierte Subzelle aufgebaut ist aus einer InGaAs-Basisschicht und einer InGaAs-Emitterschicht, und zwar gitterangepasst mit der Basis.
  • 10. Die Multijunction-Solarzelle nach 1, wobei die untere vierte Subzelle einen Bandabstand im Bereich von annähernd 0,6 bis 0,8 eV besitzt, wobei die dritte Subzelle einen Bandabstand im Gereicht von annähernd 0,9 bis 1,1 eV besitzt, wobei die zweite Subzelle einen Bandabstand im Bereich von annähernd 1,35 bis 1,45 eV besitzt und wobei die obere Subzelle einen Bandabstand im Bereich von 1,8 bis 2,1 eV besitzt.
  • 11. Ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, wobei Folgendes vorgesehen ist: Vorsehen eines ersten Substrats; Ausbilden einer oberen ersten Solarsubzelle mit einem ersten Bandabstand auf dem ersten Substrat; Formen oder Bilden einer zweiten Solarsubzelle benachbart zu der ersten Solarsubzelle und mit einem zweiten Bandabstand, der kleiner ist als der erste Bandabstand; Formen oder Bilden einer ersten gradierten Zwischenschicht benachbart zu der zweiten Solarsubzelle; wobei die erste gradierte Zwischenschicht einen dritten Bandabstand besitzt, der größer ist als der zweite Bandabstand; Formen oder Ausbilden einer dritten Solarsubzelle benachbart zu der ersten gradierten Zwischenschicht, wobei die dritte Subzelle einen vierten Bandabstand besitzt, der kleiner ist als der zweite Bandabstand derart, dass die dritte Subzelle gitterfehlangepasst ist bezüglich der zweiten Subzelle; Ausbilden einer zweiten gradierten Zwischenschicht benachbart zu der dritten solaren Subzelle; wobei die zweite gradierte Zwischenschicht einen fünften Bandabstand aufweist, der größer ist als der erwähnte vierte Bandabstand; Formen oder Bilden einer unteren vierten Solarsubzelle benachbart zu der zweiten gradierten Zwischenschicht, wobei die untere Subzelle einen sechsten Bandabstand besitzt, der kleiner ist als der erwähnte vierte Bandabstand derart, dass die vierte Subzelle bezüglich der dritten Subzelle gitterfehlangepasst ist; Anbringen eines Surrogatsubstrats oben auf der vierten Subzelle; und Entfernen des ersten Substrats.
  • 12. Verfahren nach 11, wobei die untere vierte Subzelle einen Bandabstand im Bereich von 0,6 bis 0,8 eV besitzt, die dritte Subzelle einen Bandabstand im Bereich von 0,9 bis 1,1 eV aufweist, die zweite Subzelle einen Bandabstand im Bereich von 1,35 bis 1,45 eV besitzt, und wobei schließlich die erste Subzelle einen Bandabstand im Bereich von 1,8 bis 2,1 eV besitzt.
  • 13. Ein Verfahren nach 11, wobei das erste Substrat aufgebaut ist aus GaAs oder Ge und das Surrogatsubstrat aufgebaut ist aus Saphir, GaAs, Ge oder Si.
  • 14. Verfahren nach 11, wobei die erste gradierte Zwischenschicht zusammensetzungsmäßig gradiert ist, um die zweite Subzelle auf einer Seite und die dritte Subzelle auf der anderen Seite Gitter anzupassen, und wobei die zweite gradierte Zwischenschicht zusammensetzungsmäßig gradiert ist, um die Gitteranpassung zur dritten Subzelle auf der einen Seite und zur vierten Bodensubzelle auf der anderen Seite vorzusehen.
  • 15. Verfahren nach 11, wobei die erste gradierte Zwischenschicht aufgebaut ist aus irgendeinem der As-P-N-Sb-basierenden III–V-Verbindungshalbleiter, und zwar unter Berücksichtung der folgenden Einschränkung: dass ein „In-Ebene”-Gitterparameter vorliegt, der größer ist oder gleich ist dem der zweiten Subzelle und kleiner als oder gleich dem der dritten Subzelle und mit einer Bandabstandsenergie, die größer ist als die der zweiten Subzelle und der dritten Subzelle.
  • 16. Verfahren nach 11, wobei die zweite gradierte Zwischenschicht aufgebaut ist aus irgendeinem der As-P-N-Sb-basierenden III–V-Verbindungshalbleiter mit den folgenden Einschränkungen: dass deren In-Ebene-Gitterparameter größer oder gleich dem der dritten Subzelle ist und kleiner als oder gleich dem der vierten oder Bodensubzelle und mit einer Bandabstandsenergie größer als der dritten Subzelle und der vierten Subzelle.
  • 17. Verfahren nach 11, wobei die ersten und zweiten gradierten Zwischenschichten aufgebaut sind aus (InxGa1-x)yAl1-yAs, wobei x und y derart ausgebildet sind, dass der Bandabstand jeder Zwischenschicht über deren gesamte Dicke hinweg konstant verbleibt.
  • 18. Verfahren nach 11, wobei der Bandabstand der ersten gradierten Zwischenschicht konstant bei 1,5 eV verbleibt und der Bandabstand der zweiten gradierten Zwischenschicht konstant bei 1,1 eV bleibt.
  • 19. Verfahren nach 11, wobei die erste Subzelle aufgebaut ist aus einer InGaP-Mittelschicht und einer InGaP-Basisschicht, wobei die zweite Subzelle aufgebaut ist aus InGaP-Mittelschicht und einer GaS-Basisschicht, wobei schließlich die dritte Subzelle aufgebaut ist aus einer InGa-Mittelschicht und einer InGaAs-Basisschicht und wobei die vierte Bodensubzelle aufgebaut ist aus InGaS-Basisschicht und einer InGaS-Mittelschicht gitterangepasst an die Basisschicht.
  • 20. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, wobei Folgendes vorgesehen ist: Vorsehen einer ersten Substratschicht; Abschalten auf dem ersten Substrat einer ersten Sequenz von Schichten aus Halbleitermaterial, die erste und zweite Solarzellen bilden; Abschalten auf den ersten und zweiten Solarzellen einer ersten gradierten Zwischenschicht; Abschalten auf der ersten gradierten Zwischenschicht eine zweite Folge von Schichten von Halbleitermaterial einschließlich einer zweiten gradierten Zwischenschicht und dritten und vierten Solarzellen; Anbringen und Verbinden bzw. Verkleben eines Surrogatsubstrats oben auf der Sequenz von Schichten; und Entfernen des ersten Substrats.
Essential features of the invention are summarized as follows:
  • A multi-junction solar cell comprising: an upper first solar subcell having a first band gap; a second solar subcell adjacent the first solar subcell having a second bandgap smaller than the first bandgap; a first graded interlayer adjacent the second solar subcell, the first graded interlayer having a third bandgap greater than the second bandgap; and a third solar subcell adjacent to the first graded interlayer, the third subcell having a fourth bandgap greater than the second bandgap such that the third subcell is lattice mismatched with respect to the second subcell; a second graded interlayer adjacent the third subcell, the second graded interlayer having a fifth bandgap greater than the fourth bandgap; and a lower fourth solar subcell adjacent to the second graded interlayer, the lower subcell having a sixth bandgap smaller than the fourth band portion such that the fourth subcell is grid misaligned with respect to the third subcell.
  • 2. The multi-junction solar cell of claim 1, wherein the first graded interlayer is compositionally graded to provide lattice matching of the second subcell on one side and the third subcell on the other side.
  • 3. The multi-junction solar cell of 1, wherein the second graded interlayer is compositionally graded to lattice match the third subcell on one side and the bottom fourth subcell on the other side.
  • 4. The multijunction solar cell of Figure 1, wherein the first graded interlayer is composed of any of the following compound semiconductors: As-PN-Sb based III-V compound semiconductors, taking into account the limitations of an in-plane lattice parameter greater or equal to that of the second subcell and less than or equal to the third subcell and having a band gap energy greater than that of the second subcell and the third subcell.
  • 5. The multijunction solar cell of 1, wherein the second graded interlayer is constructed of any of the following compound semiconductors: As-PN-Sb based III-V compound semiconductors, with the following limitations: the in-plane Grid parameter is greater than or equal to that of the third subcell and less than or equal to the lower fourth subcell (bottom subcell) having a bandgap energy greater than that of the third subcell and that of the fourth subcell.
  • 6. The multijunction solar cell of 1, wherein the first and second graded interlayers are composed of (In x Ga 1-x) y Al 1-y As, wherein x and y are selected such that the band gap of each interlayer constant over their entire thickness remains.
  • 7. The multijunction solar cell of Figure 6, wherein the bandgap of the first graded interlayer remains constant at 1.5 eV.
  • 8. The multijunction solar cell of Figure 6, wherein the bandgap of the second graded interlayer remains constant at 1.1 eV.
  • 9. The multijunction solar cell of claim 1, wherein the upper subcell consists of an InGaP emitter layer and an InGaP base layer, wherein the second subcell is constructed of an InGaP emitter layer and a GaAs base layer, the third subcell being composed of a InGaP emitter layer and InGaAs base layer, and finally, the bottom bottom fourth sub-cell is composed of InGaAs base layer and InGaAs emitter layer, lattice-matched with the base.
  • 10. The multijunction solar cell of 1, wherein the lower fourth subcell has a band gap in the range of approximately 0.6 to 0.8 eV, the third subcell having a band gap of approximately 0.9 to 1.1 eV, wherein the second subcell has a band gap in the range of approximately 1.35 to 1.45 eV, and wherein the upper subcell has a band gap in the range of 1.8 to 2.1 eV.
  • 11. A method of manufacturing a solar cell, comprising: providing a first substrate; Forming an upper first solar subcell having a first band gap on the first substrate; Forming or forming a second solar subcell adjacent to the first solar subcell and having a second bandgap less than the first bandgap; Forming or forming a first graded intermediate layer adjacent to the second solar subcell; wherein the first graded interlayer has a third bandgap greater than the second bandgap; Forming or forming a third solar subcell adjacent the first graded interlayer, the third subcell having a fourth bandgap less than the second bandgap such that the third subcell is lattice mismatched with respect to the second subcell; Forming a second graded intermediate layer adjacent to the third solar subcell; wherein the second graded interlayer has a fifth bandgap greater than said fourth bandgap; Forming or forming a lower fourth solar subcell adjacent to the second graded interlayer, the lower subcell having a sixth bandgap less than said fourth bandgap such that the fourth subcell is lattice mismatched with respect to the third subcell; Attaching a surrogate substrate on top of the fourth subcell; and removing the first substrate.
  • 12. The method of 11, wherein the lower fourth subcell has a band gap in the range of 0.6 to 0.8 eV, the third subcell has a band gap in the range of 0.9 to 1.1 eV, the second subcell has a band gap in the Range of 1.35 to 1.45 eV, and finally, the first subcell has a band gap in the range of 1.8 to 2.1 eV.
  • 13. A method according to 11, wherein the first substrate is composed of GaAs or Ge and the surrogate substrate is composed of sapphire, GaAs, Ge or Si.
  • 14. The method of claim 11, wherein the first graded interlayer is compositionally graded to match the second subcell on one side and the third subcell on the other side, and wherein the second graded interlayer is compositionally graded to match the lattice match to the third subcell one side and the fourth bottom subcell on the other side.
  • 15. The method of 11, wherein the first graded interlayer is constructed of any of the As-PN-Sb based III-V compound semiconductors, with the following constraint: that an in-plane lattice parameter is larger is equal to or equal to that of the second subcell and less than or equal to that of the third subcell and having a band gap energy greater than that of the second subcell and the third subcell.
  • 16. The method of 11, wherein the second graded interlayer is constructed of any of the As-PN-Sb based III-V compound semiconductors with the following constraints: their in-plane lattice parameter is greater than or equal to the third subcell and smaller as or equal to that of the fourth or bottom subcell and with a band gap energy greater than the third subcell and the fourth subcell.
  • 17. The method according to 11, wherein the first and second graded interlayers are composed of (In x Ga 1-x) y Al 1-y As, where x and y are formed such that the band gap of each interlayer constant over their entire thickness remains.
  • 18. The method of 11, wherein the band gap of the first graded interlayer remains constant at 1.5 eV and the band gap of the second graded interlayer remains constant at 1.1 eV.
  • 19. The method of claim 11, wherein the first subcell is made up of an InGaP middle layer and an InGaP base layer, wherein the second subcell is made up of InGaP middle layer and a GaS base layer, finally the third sub cell is made up of an InGaP Middle layer and an InGaAs base layer and wherein the fourth bottom subcell is constructed of InGaS base layer and an InGaS middle layer lattice-matched to the base layer.
  • 20. A method of manufacturing a solar cell, comprising: providing a first substrate layer; Turning off on the first substrate a first sequence of layers of semiconductor material forming first and second solar cells; Switching off on the first and second solar cells of a first graded intermediate layer; Turning off on the first graded interlayer a second series of layers of semiconductor material including a second graded interlayer and third and fourth solar cells; Attaching and bonding a surrogate substrate on top of the sequence of layers; and removing the first substrate.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • M. W. Wanlass et al, Lattice Mismatched Approaches for High Performance, III–V Photovoltaic Energy Converters (Conference Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialist Conference, Jan. 3–7, 2005, IEEE Press, 2005) [0023] MW Wanlass et al, Lattice Mismatched Approaches for High Performance, III-V Photovoltaic Energy Converters (Conference Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialist Conference, Jan. 3-7, 2005, IEEE Press, 2005). [0023]
  • Wanlass et al [0080] Wanlass et al. [0080]

Claims (15)

Eine Multijunction-Solarzelle, die Folgendes aufweist: eine obere erste Solarsubzelle mit einem ersten Bandabstand; eine zweite Solarsubzelle benachbart zu der ersten Solarsubzelle mit einem zweiten Bandabstand kleiner als der erste Bandabstand; eine erste gradierte Zwischenschicht benachbart zu der zweiten Solarsubzelle, wobei die erste gradierte Zwischenschicht einen dritten Bandabstand besitzt, der größer ist als der zweite Bandabstand; und eine dritte Solarsubzelle benachbart zu der ersten gradierten Zwischenschicht, wobei die dritte Subzelle einen vierten Bandabstand besitzt, der größer ist als der zweite Bandabstand derart, dass die dritte Subzelle gitterfehlangepasst bezüglich der zweiten Subzelle ist; eine zweite gradierte Zwischenschicht benachbart zu der dritten Subzelle, wobei die zweite gradierte Zwischenschicht einen fünften Bandabstand besitzt, der größer ist als der vierte Bandabstand; und und eine untere vierte Solarsubzelle benachbart zu der zweiten gradierten Zwischenschicht, wobei die untere Subzelle einen sechsten Bandabstand besitzt, der kleiner ist als der vierte Bandabschnitt derart, dass die vierte Subzelle gitterfehlausgerichtet ist bezüglich der dritten Subzelle.A multi-junction solar cell, comprising: an upper first solar subcell having a first band gap; a second solar subcell adjacent the first solar subcell having a second bandgap smaller than the first bandgap; a first graded interlayer adjacent the second solar subcell, the first graded interlayer having a third bandgap greater than the second bandgap; and a third solar subcell adjacent to the first graded interlayer, the third subcell having a fourth bandgap greater than the second bandgap such that the third subcell is lattice mismatched with the second subcell; a second graded interlayer adjacent the third subcell, the second graded interlayer having a fifth bandgap greater than the fourth bandgap; and and a lower fourth solar subcell adjacent to the second graded interlayer, the lower subcell having a sixth bandgap less than the fourth band portion such that the fourth subcell is lattice misaligned with respect to the third subcell. Die Multijunction-Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die erste gradierte Zwischenschicht zusammensetzungsmäßig gradiert ist, um die Gitteranpassung der zweiten Subzelle auf der einen Seite und der dritten Subzelle auf der anderen Seite vorzusehen.The multi-junction solar cell of claim 1, wherein the first graded interlayer is compositionally graded to provide lattice matching of the second subcell on one side and the third subcell on the other side. Die Multijunction-Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die zweite gradierte Zwischenschicht zusammensetzungsmäßig gradiert ist, um die dritte Subzelle auf einer Seite und die untere vierte Subzelle auf der anderen Seite gitteranzupassen.The multi-junction solar cell of claim 1, wherein the second graded interlayer is compositionally graded to lattice match the third subcell on one side and the bottom fourth subcell on the other side. Die Multijunction-Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die erste gradierte Zwischenschicht zusammengesetzt ist aus irgendeinem der folgenden Verbindungshalbleiter: As-P-N-Sb-basierende III–V-Verbindungshalbleiter, und zwar unter Berücksichtigung der Einschränkungen eines „in-plane”-Gitterparameters größer oder gleich dem der zweiten Subzelle und kleiner als oder gleich dem der dritten Subzelle und mit einer Bandabstandsenergie größer als die der zweiten Subzelle und der dritten Subzelle.The multi-junction solar cell of claim 1, wherein the first graded interlayer is composed of any of the following compound semiconductors: As-PN-Sb based III-V compound semiconductors, taking into account the limitations of an in-plane grating parameter greater than or equal to equal to that of the second subcell and less than or equal to that of the third subcell and having a band gap energy greater than that of the second subcell and the third subcell. Die Multijunction-Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die zweite gradierte Zwischenschicht aufgebaut ist aus irgendeinem der folgenden Verbindungshalbleiter: As-P-N-Sb-basierende III–V-Verbindungshalbleiter, wobei dies unter Berücksichtigung der folgenden Einschränkungen geschieht: Der „in-plane”-Gitterparameter ist größer oder gleich dem der dritten Subzelle und kleiner oder gleich dem der unteren vierten Subzelle (Bodensubzelle) mit einer Bandabstandsenergie größer als der der dritten Subzelle und der der vierten Subzelle.The multi-junction solar cell of claim 1, wherein the second graded interlayer is constructed of any of the following compound semiconductors: As-PN-Sb based III-V compound semiconductors, with the following limitations: the in-plane Lattice parameter is greater than or equal to the third subcell and less than or equal to the lower fourth subcell (bottom subcell) having a band gap energy greater than that of the third subcell and that of the fourth subcell. Die Multijunction-Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten gradierten Zwischenschichten aufgebaut sind aus (InxGa1-x)yAl1-yAs, wobei x und y derart ausgewährt sind, dass der Bandabstand jeder Zwischenschicht konstant über deren gesamte Dicke verbleibt.The multi-junction solar cell of claim 1, wherein the first and second graded interlayers are composed of (In x Ga 1-x ) y Al 1-y As, where x and y are given such that the bandgap of each interlayer is constant over its entire length Thickness remains. Die Multijunction-Solarzelle nach Anspruch 6, wobei der Bandabstand der ersten gradierten Zwischenschicht konstant bei 1,5 eV verbleibt.The multi-junction solar cell of claim 6, wherein the band gap of the first graded interlayer remains constant at 1.5 eV. Die Multijunction-Solarzelle nach Anspruch 6, wobei der Bandabstand der zweiten gradierten Zwischenschicht konstant bei 1,1 eV verbleibt.The multi-junction solar cell of claim 6, wherein the bandgap of the second graded interlayer remains constant at 1.1 eV. Die Multijunction-Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die obere Subzelle aus einer InGaP-Emitterschicht und einer InGaP-Basisschicht besteht, wobei die zweite Subzelle aufgebaut ist aus einer InGaP-Emitterschicht und einer GaAs-Basisschicht, wobei die dritte Subzelle aufgebaut ist aus einer InGaP-Emitterschicht und einer InGaAs-Basisschicht und wobei schließlich die am Boden befindliche untere vierte Subzelle aufgebaut ist aus einer InGaAs-Basisschicht und einer InGaAs-Emitterschicht, und zwar gitterangepasst mit der Basis.The multi-junction solar cell according to claim 1, wherein the upper subcell consists of an InGaP emitter layer and an InGaP base layer, wherein the second subcell is constructed of an InGaP emitter layer and a GaAs base layer, the third subcell being constructed of InGaP Emitter layer and an InGaAs base layer, and finally, the bottom fourth lower subcell is made up of an InGaAs base layer and an InGaAs emitter layer, lattice-matched with the base. Die Multijunction-Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die untere vierte Subzelle einen Bandabstand im Bereich von annähernd 0,6 bis 0,8 eV besitzt, wobei die dritte Subzelle einen Bandabstand im Gereicht von annähernd 0,9 bis 1,1 eV besitzt, wobei die zweite Subzelle einen Bandabstand im Bereich von annähernd 1,35 bis 1,45 eV besitzt und wobei die obere Subzelle einen Bandabstand im Bereich von 1,8 bis 2,1 eV besitzt.The multi-junction solar cell of claim 1, wherein the lower fourth subcell has a band gap in the range of approximately 0.6 to 0.8 eV, the third subcell having a band gap of approximately 0.9 to 1.1 eV, wherein the second subcell has a band gap in the range of approximately 1.35 to 1.45 eV, and wherein the upper subcell has a band gap in the range of 1.8 to 2.1 eV. Ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, wobei Folgendes vorgesehen ist: Vorsehen eines ersten Substrats; Ausbilden einer oberen ersten Solarsubzelle mit einem ersten Bandabstand auf dem ersten Substrat; Formen oder Bilden einer zweiten Solarsubzelle benachbart zu der ersten Solarsubzelle und mit einem zweiten Bandabstand, der kleiner ist als der erste Bandabstand; Formen oder Bilden einer ersten gradierten Zwischenschicht benachbart zu der zweiten Solarsubzelle; wobei die erste gradierte Zwischenschicht einen dritten Bandabstand besitzt, der größer ist als der zweite Bandabstand; Formen oder Ausbilden einer dritten Solarsubzelle benachbart zu der ersten gradierten Zwischenschicht, wobei die dritte Subzelle einen vierten Bandabstand besitzt, der kleiner ist als der zweite Bandabstand derart, dass die dritte Subzelle gitterfehlangepasst ist bezüglich der zweiten Subzelle; Ausbilden einer zweiten gradierten Zwischenschicht benachbart zu der dritten solaren Subzelle; wobei die zweite gradierte Zwischenschicht einen fünften Bandabstand aufweist, der größer ist als der erwähnte vierte Bandabstand; Formen oder Bilden einer unteren vierten Solarsubzelle benachbart zu der zweiten gradierten Zwischenschicht, wobei die untere Subzelle einen sechsten Bandabstand besitzt, der kleiner ist als der erwähnte vierte Bandabstand derart, dass die vierte Subzelle bezüglich der dritten Subzelle gitterfehlangepasst ist; Anbringen eines Surrogatsubstrats oben auf der vierten Subzelle; und Entfernen des ersten Substrats.A method of manufacturing a solar cell, comprising: providing a first substrate; Forming an upper first solar subcell having a first band gap on the first substrate; Forming or forming a second solar subcell adjacent to the first solar subcell and having a second bandgap less than the first bandgap; Forming or forming a first graded intermediate layer adjacent to the second solar subcell; wherein the first graded interlayer has a third bandgap greater than the second bandgap; Forming or forming a third solar subcell adjacent to the first graded interlayer, wherein the third subcell has a fourth bandgap smaller than the second Band gap such that the third subcell is lattice mismatched with respect to the second subcell; Forming a second graded intermediate layer adjacent to the third solar subcell; wherein the second graded interlayer has a fifth bandgap greater than said fourth bandgap; Forming or forming a lower fourth solar subcell adjacent to the second graded interlayer, the lower subcell having a sixth bandgap less than said fourth bandgap such that the fourth subcell is lattice mismatched with respect to the third subcell; Attaching a surrogate substrate on top of the fourth subcell; and removing the first substrate. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die untere vierte Subzelle einen Bandabstand im Bereich von 0,6 bis 0,8 eV besitzt, die dritte Subzelle einen Bandabstand im Bereich von 0,9 bis 1,1 eV aufweist, die zweite Subzelle einen Bandabstand im Bereich von 1,35 bis 1,45 eV besitzt, und wobei schließlich die erste Subzelle einen Bandabstand im Bereich von 1,8 bis 2,1 eV besitzt.The method of claim 11, wherein the lower fourth subcell has a band gap in the range of 0.6 to 0.8 eV, the third subcell has a band gap in the range of 0.9 to 1.1 eV, the second subcell has a band gap in the range of 1.35 to 1.45 eV, and finally, the first subcell has a band gap in the range of 1.8 to 2.1 eV. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die erste gradierte Zwischenschicht aufgebaut ist aus irgendeinem der As-P-N-Sb-basierenden III–V-Verbindungshalbleiter, und zwar unter Berücksichtung der folgenden Einschränkung: dass ein „In-Ebene”-Gitterparameter vorliegt, der größer ist oder gleich ist dem der zweiten Subzelle und kleiner als oder gleich dem der dritten Subzelle und mit einer Bandabstandsenergie, die größer ist als die der zweiten Subzelle und der dritten Subzelle.The method of claim 11, wherein the first graded interlayer is constructed of any one of the As-PN-Sb based III-V compound semiconductors, with the following constraint: that there is an in-plane lattice parameter that is larger or equal to that of the second subcell and less than or equal to that of the third subcell and having a band gap energy greater than that of the second subcell and the third subcell. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die zweite gradierte Zwischenschicht aufgebaut ist aus irgendeinem der As-P-N-Sb-basierenden III–V-Verbindungshalbleiter mit den folgenden Einschränkungen: dass deren In-Ebene-Gitterparameter größer oder gleich dem der dritten Subzelle ist und kleiner als oder gleich dem der vierten oder Bodensubzelle und mit einer Bandabstandsenergie größer als der dritten Subzelle und der vierten Subzelle.The method of claim 11, wherein the second graded interlayer is constructed of any of the As-PN-Sb based III-V compound semiconductors with the following constraints: their in-plane lattice parameter is greater than or equal to the third subcell and less than or equal to that of the fourth or bottom subcell and having a band gap energy greater than the third subcell and the fourth subcell. Verfahren nach 11, wobei die ersten und zweiten gradierten Zwischenschichten aufgebaut sind aus (InxGa1-x)yAl1-yAs, wobei x und y derart ausgebildet sind, dass der Bandabstand jeder Zwischenschicht über deren gesamte Dicke hinweg konstant verbleibt.The method of 11, wherein the first and second graded interlayers are composed of (In x Ga 1-x ) y Al 1-y As, where x and y are formed so that the band gap of each interlayer remains constant throughout its thickness.
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SHARPS,P.,et.al.:Recent Developments in the inverted metamorphic multi-junction (IMM)solar cell. In: Proc.of the 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Sept.2009,S.839-842 Fig.2,3 m.Beschr.,Tab.I,Proc.of the 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference
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