DE102009057020A1 - Method for manufacturing multijunction solar cell in e.g. space applications, involves separating mass of semiconductor-carrier from composite structure, and separating sequence of layers as semiconductor material to form solar cell - Google Patents

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Abstract

The method involves providing a semiconductor-carrier with a bonding surface or an adhering surface. A carrier substrate i.e. sapphire substrate (40), is provided, and the semiconductor-carrier and the carrier substrate are connected to produce a composite structure. A mass of the semiconductor-carrier is separated from the composite structure by leaving a semiconductor-growth substrate e.g. gallium arsenide or germanium, on the carrier substrate. A sequence of layers is separated as a semiconductor material for forming a solar cell on the semiconductor-growth substrate.

Description

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 und Vorrichtungen wie beispielsweise Multijunction-Solarzellen, basierend auf III-V-Halbleiterverbindungen einschließlich einer metamorphen Schicht. Derartige Vorrichtungen sind auch als invertierte metamorphe Multijunction-Solarzellen (Solarzellen mit mehreren pn-Übergängen) bekannt.The present invention relates to the field of semiconductor devices and to 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 metamorphic 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 multi-junction solar cells have energy efficiencies that exceed 27% when illuminated with a sun, air mass (AMO) exposure, whereas even the most efficient silicon technologies generally achieve only 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 partly based. on the ability to achieve spectral splitting of the incident radiation through the use of a plurality of photovoltaic zones or regions with different bandgap energies, and summing 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.

In Satelliten-Anwendungen und anderen mit dem Weltraum in Beziehung stehenden Anwendungen hängen Größe, Masse und Kosten eines Satelliten-Leistungssystems von der Leistungs- und Energieumwandlungseffizienz der verwendeten Solarzellen ab. Anders ausgedrückt gilt Folgendes: Die Größe der „Payload” und die Verfügbarkeit von An-Bord-Dienstleistungen sind proportional zur gelieferten Leistungsgruppe. Wenn somit die „Payloads” komplizierter werden und mehr Leistung verbrauchen, so werden die Effizienz und Masse der Solarzellen, die als Leistungsumwandler-Vorrichtungen dienen, für die an Bord befindlichen Leistungssysteme zunehmend wichtiger.In satellite applications and other space-related applications, the size, mass and cost of a satellite power system depend on the power and energy conversion efficiency of the solar cells used. In other words, the size of the payload and the availability of on-board services are proportional to the delivered performance group. Thus, as the "payloads" become more complicated and consume more power, the efficiency and mass of the solar cells serving as power conversion devices are becoming increasingly important to on-board power systems.

Invertierte metamorphische Solarzellenstrukturen wie sie in von M. W. Wanlass et al in Lattice Mismatched Approaches for High Performance, III-V-Photovoltaic-Energy Converters (Conference Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialists Conferences, Jan. 3–7, 2005, IEEE Press, 2005) beschrieben sind, stellen einen wichtigen konzeptuellen Standpunkt für die Entwicklung von zukünftigen kommerziellen hocheffizienten Solarzellen dar. Die beschriebenen Strukturen in dieser Literaturstelle haben eine Anzahl von praktischen Schwierigkeiten, die sich auf die geeignete Auswahl der Materialien und der Herstellungsschritte beziehen.Inverted metamorphic solar cell structures as described in MW Wanlass et al., Lattice Mismatched Approaches for High Performance, III-V Photovoltaic Energy Converters (Conference Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialists Conferences, Jan. 3-7, 2005, IEEE Press, 2005) represent an important conceptual point of view for the development of future commercial high efficiency solar cells. The described structures in this reference have a number of practical difficulties related to the proper choice of materials and manufacturing steps.

Vor den vorliegenden Erfindungen, die in dieser Anmeldung und in verwandten Anmeldungen – wie oben bemerkt – beschrieben sind, sind die Materialien und Herstellungsschritten offenbar dem Stand der Technik nicht adäquat zur Erzeugung einer kommerziell durchschlagenden und energieeffizienten invertierten metamorphen Multijunction-Solarzelle.Prior to the present inventions described in this application and related applications, as noted above, the prior art materials and fabrication steps are not adequate for producing a commercially disruptive and energy efficient inverted multi-junction metamorphic solar cell.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Kurz und allgemein gesagt, sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle vor, wobei Folgendes vorgesehen ist: Vorsehen eines Galliumarsenid-Trägers mit einer vorbereiteten Verbindungs- oder Klebeoberfläche; Vorsehen eines Tragsubstrats; Verbinden oder Verkleben des Galliumarsenid-Trägers und des Tragsubstrats zur Erzeugung einer Komposit- oder zusammengesetzten Struktur; Abtrennen der Masse des Galliumarsenid-Trägers von der Kompositstruktur, Zurücklassen eines Galliumarsenid-Substrats auf dem Tragsubstrat; und Abscheiden einer Folge von Schichten aus Halbleitermaterial, die eine Solarzelle auf dem Galliumarsenid-Substrat bilden.Briefly and generally, the present invention provides a method of making a A solar cell, comprising: providing a gallium arsenide support with a prepared bonding or adhesive surface; Providing a support substrate; Bonding or bonding the gallium arsenide support and support substrate to form a composite or composite structure; Separating the bulk of the gallium arsenide support from the composite structure, leaving a gallium arsenide substrate on the support substrate; and depositing a sequence of layers of semiconductor material forming a solar cell on the gallium arsenide substrate.

Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle vor, wobei Folgendes vorgesehen ist: Vorsehen eines Germaniumträgers mit einer hergestellten Verbindungs- oder Klebeoberfläche; Vorsehen eines Tragsubstrats; Verbinden oder Verkleben des Germaniumträgers und des Tragsubstrats zur Erzeugung einer Kompositstruktur; Abtrennen der Masse des Germaniumträgers von der Kompositstruktur; Zurücklassen eines Germaniumsubstrats auf dem Saphirsubstrat und Abscheiden einer Folge von Schichten als Halbleitermaterial zur Bildung einer Solarzelle auf dem Germaniumsubstrat.In another aspect, the invention provides a method of manufacturing a solar cell, comprising: providing a germanium carrier having a bonded or glued surface; Providing a support substrate; Bonding or bonding the germanium carrier and the supporting substrate to form a composite structure; Separating the mass of the germanium carrier from the composite structure; Leaving a germanium substrate on the sapphire substrate and depositing a sequence of layers as semiconductor material to form a solar cell on the germanium substrate.

Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung ferner Folgendes vor: Aufeinanderfolgendes Herstellen einer neuen Verbindungs- oder Klebeoberfläche auf dem entfernten Massenteil des Germaniumarsenids oder Germaniumträgers zur Bildung eines neuen Trägers; Vorsehen eines neuen Tragsubstrats; Verbinden oder Verkleben des neuen Galliumarsenid- oder Germaniumträgers und des neuen Tragsubstrats zur Erzeugung einer neuen Kompositstruktur; Abtrennen der Masse des neuen Galliumarsenid- oder Germanium-Wachstumssubstrats auf dem neuen Tragsubstrat; und Abscheiden einer Folge von Schichten aus Halbleitermaterial zur Bildung einer Solarzelle auf dem neuen Galliumarsenid- oder Germanium-Wachstumssubstrat.In a further aspect, the invention further provides: sequentially forming a new bonding or adhesive surface on the removed bulk portion of the germanium arsenide or germanium substrate to form a new carrier; Providing a new support substrate; Bonding or bonding the new gallium arsenide or germanium support and the new support substrate to create a new composite structure; Separating the mass of the new gallium arsenide or germanium growth substrate on the new support substrate; and depositing a train of layers of semiconductor material to form a solar cell on the new gallium arsenide or germanium growth substrate.

Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ferner Folgendes vor: Aufeinanderfolgende Anbringung eines zweiten Surrogatsubstrats auf der Oberseite der Folge von Schichten aus Halbleitermaterial, die die Solarzelle bilden; und Entfernen des Galliumarsenid- oder Germanium-Wachstumssubstrats.In a further aspect, the present invention further provides: sequentially attaching a second surrogate substrate on top of the series of layers of semiconductor material forming the solar cell; and removing the gallium arsenide or germanium growth substrate.

Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung Folgendes vor: Das Abscheiden der Folge von Schichten aus Halbleitermaterial zur Bildung einer Solarzelle umfasst das Ausbilden einer ersten Subzelle auf dem Wachstumssubstrat, wobei diese ein erstes Halbleitermaterial mit einem ersten Bandabstand und eine erste Gitterkonstante aufweist; Ausbilden oder Formen einer zweiten Subzelle, die ein zweites Halbleitermaterial mit einem zweiten Bandabstand und einer zweiten Gitterkonstante aufweist, wobei der zweite Bandabstand kleiner ist als der erste Bandabstand und die zweite Gitterkonstante größer ist als die erste Gitterkonstante; Ausbilden oder Formen eines Gitterkonstanten-Übergangsmaterials, positioniert zwischen der ersten Subzelle und der zweiten Subzelle, wobei das Gitterkonstanten-Übergangsmaterial eine Gitterkonstante besitzt, die sich graduell von der ersten Gitterkonstanten zur zweiten Gitterkonstanten ändert.In another aspect, the invention provides: depositing the sequence of layers of semiconductor material to form a solar cell comprises forming a first subcell on the growth substrate, comprising a first semiconductor material having a first bandgap and a first lattice constant; Forming or forming a second subcell comprising a second semiconductor material having a second bandgap and a second lattice constant, wherein the second bandgap is less than the first bandgap and the second lattice constant is greater than the first lattice constant; Forming or forming a lattice constant transition material positioned between the first subcell and the second subcell, wherein the lattice constant transition material has a lattice constant that varies gradually from the first lattice constant to the second lattice constant.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle vorgesehen, wobei Folgendes vorgesehen ist:
Vorsehen eines Galliumarsenid-Trägers mit einer hergestellten oder vorbereiteten Verbindungs- oder Klebeoberfläche; Vorsehen eines Tragsubstrats; Verbinden oder Verkleben des Galliumarsenid-Trägers und des Tragsubstrats zur Erzeugung einer Kompositstruktur; Abtrennen der Masse des Galliumarsenid-Trägers von der Kompositstruktur unter Zurücklassung eines Galliumarsenid-Substrats auf dem Tragsubstrat; Ausbilden oder Formen einer ersten Solarsubzelle mit einem ersten Bandabstand bzw. Bandspalt auf dem Galliumarsenid-Substrat; Formen oder Ausbilden einer zweiten Solarzelle, angeordnet über der ersten Solarzelle mit einem zweiten Bandabstand, der kleiner ist als der ersten Bandabstand; Ausbilden einer gradierten Zwischenschicht, angeordnet über der zweiten Subzelle, und zwar mit einem dritten Bandabstand, der größer ist als der zweite Bandabstand; Formen oder Ausbilden einer dritten Solarsubzelle, angeordnet über der gradierten Zwischenschicht mit einem vierten Bandabstand, der kleiner ist als der zweite Bandabstand und gitterfehlausgerichtet ist bezüglich der zweiten Subzelle; Formen oder Ausbilden einer vierten solaren Subzelle, angeordnet über der dritten Subzelle mit einem fünften Bandabstand, der kleiner ist als der vierte Bandabstand und gitterangepasst ist bezüglich der erwähnten dritten Subzelle.
According to a further aspect of the invention, a method for producing a solar cell is provided, wherein the following is provided:
Providing a gallium arsenide support having a prepared or prepared bonding or adhesive surface; Providing a support substrate; Bonding or bonding the gallium arsenide support and the support substrate to form a composite structure; Separating the bulk of the gallium arsenide support from the composite structure leaving a gallium arsenide substrate on the support substrate; Forming or forming a first solar subcell having a first bandgap on the gallium arsenide substrate; Forming or forming a second solar cell disposed over the first solar cell with a second band gap smaller than the first band gap; Forming a graded interlayer disposed over the second subcell having a third bandgap greater than the second bandgap; Forming or forming a third solar subcell disposed over the graded interlayer having a fourth band gap that is less than the second band gap and lattice mismatched with respect to the second subcell; Forming or forming a fourth solar subcell, disposed over the third subcell having a fifth bandgap smaller than the fourth bandgap, and lattice matched with respect to said third subcell.

Nicht alle dieser Aspekte oder Merkmale der vorliegenden Erfindung müssen in irgendeinem Ausführungsbeispiel implementiert sein.Not all of these aspects or features of the present invention need to be implemented in any embodiment.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

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

1 eine Querschnittsansicht des Tragsubstrats der vorliegenden Erfindung, 1 a cross-sectional view of the support substrate of the present invention,

1B eine Querschnittsansicht eines Trägersubstrats der vorliegenden Erfindung nach der Oberflächenherstellung oder Vorbereitung; 1B a cross-sectional view of a carrier substrate of the present invention after the surface preparation or preparation;

1C eine Querschnittsansicht der Kompositstruktur, die sich durch das Verbinden oder Kleben der Trag- und Trägersubstrate ergibt; 1C a cross-sectional view of the composite structure, resulting from the bonding or bonding of the support and carrier substrates;

1D ein Querschnitt der Kompositstruktur der 10 nach Entfernung der Masse des Trägersubstrats; 1D a cross section of the composite structure of 10 after removal of the mass of the carrier substrate;

2A eine perspektivische Ansicht einer vielflächigen (polyhedralen; poliedrisch) Darstellung einer Halbleitergitterstruktur, die die Kristallebenen zeigt; 2A a perspective view of a polyhedral (polyhedral) representation of a semiconductor lattice structure showing the crystal planes;

2B eine perspektivische Ansicht des GaAs-Kristallgitters, wobei die Position der Gallium- und Arsenatome gezeigt ist; 2 B a perspective view of the GaAs crystal lattice, wherein the position of the gallium and arsenic atoms is shown;

3A eine perspektivische Ansicht der Ebene P des erfindungsgemäßen Substrats, überlagert über das Kristalldiagramm der 2A; 3A a perspective view of the plane P of the substrate according to the invention, superimposed on the crystal diagram of 2A ;

3B eine graphische Darstellung der Oberfläche der Ebene des Substrats, das gemäß der Erfindung verwendet wird; 3B a graphical representation of the surface of the plane of the substrate used according to the invention;

4A eine graphische Darstellung, die den Bandabstand von bestimmten oder gewissen Binärmaterialien und ihre Gitterkonstanten darstellt und einen Bereich von Materialien verwendet bei der invertierten metamorphen Multijunction (IMM)-Solarzelle gemäß dem Stand der Technik; 4A FIG. 4 is a graph depicting the bandgap of certain or certain binary materials and their lattice constants and using a range of materials in the prior art inverted multi-junction metamorphic (IMM) solar cell; FIG.

4B eine graphische Darstellung, die den Bandabstand bestimmter Binärmaterialien und ihre Gitterkonstanten zeigt und einen Bereich von Materialien verwendet in einer invertierten metamorphen Multijunction (IMM)-Solarzelle gemäß der Erfindung; 4B FIG. 4 is a graph showing the bandgap of certain binary materials and their lattice constants and using a range of materials in an inverted metamorphic multi-junction (IMM) solar cell according to the invention; FIG.

5 ein Diagramm, welches den Bereich von Bandabständen verschiedener GaInAlAs-Materialien zeigt, und zwar als Funktion der relativen Konzentration von Al, In und Ga; 5 a graph showing the range of bandgaps of different GaInAlAs materials as a function of the relative concentration of Al, In, and Ga;

6 eine graphische Darstellung, die die Ga-Mol-Fraktion zeigt, und zwar abhängig von der Al-zu-In-Molfraktion in GaInAlAs-Materialien, die notwendig sind, um einen konstanten 1,6 eV-Bandabstand zu erhalten; 6 FIG. 4 is a graph showing the Ga mole fraction depending on the Al to In mole fraction in GaInAlAs materials necessary to obtain a constant 1.6 eV bandgap; FIG.

7 eine graphische Darstellung, die die Molfraktion abhängig von der Gitterkonstanten darstellt, und zwar in GaInAlAs-Materialien, die notwendig sind, um einen konstanten 1,5 eV-Bandabstand zu erhalten; 7 Figure 9 is a graph depicting the mole fraction depending on lattice constants in GaInAlAs materials necessary to obtain a constant 1.5 eV bandgap;

8 eine Querschnittsansicht der Solarzelle der Erfindung, und zwar nach der Abscheidung der Halbleiterschichten auf dem Wachstumssubstrat; 8th a cross-sectional view of the solar cell of the invention, after the deposition of the semiconductor layers on the growth substrate;

9 eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 8 nach der nächsten Folge von Verarbeitungsschritten; 9 a cross-sectional view of the solar cell of 8th after the next sequence of processing steps;

10 eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 9 nach der nächsten Folge von Verarbeitungsschritten; 10 a cross-sectional view of the solar cell of 9 after the next sequence of processing steps;

11 eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 10 nach der nächsten Folge von Verarbeitungsschritten; 11 a cross-sectional view of the solar cell of 10 after the next sequence of processing steps;

12 eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 11 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem Surrogatsubstrat angebracht wird; 12 a cross-sectional view of the solar cell of 11 after the next processing step, in which surrogate substrate is attached;

13A eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 12 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem das ursprüngliche Substrat entfernt wird; 13A a cross-sectional view of the solar cell of 12 after the next processing step, in which the original substrate is removed;

13B eine weitere Querschnittsansicht der Solarzelle der 13A mit einer Orientierung, die das Surrogatsubstrat unten oder am Boden der Figur darstellt; 13B another cross-sectional view of the solar cell of 13A with an orientation representing the surrogate substrate at the bottom or bottom of the figure;

14 eine außerordentlich vereinfachte Querschnittsansicht der Solarzelle der 13B; 14 an extremely simplified cross-sectional view of the solar cell of 13B ;

15 eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 14 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt; 15 a cross-sectional view of the solar cell of 14 after the next processing step;

16 eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 15 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem die Gitterlinien über der Kontaktschicht geformt werden; 16 a cross-sectional view of the solar cell of 15 after the next processing step in which the grid lines are formed over the contact layer;

17 eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 16 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt; 17 a cross-sectional view of the solar cell of 16 after the next processing step;

18A eine Draufsicht auf einen Wafer, in dem vier Solarzellen hergestellt sind; 18A a plan view of a wafer in which four solar cells are made;

18B eine Draufsicht von unten eines Wafers der 18A; 18B a bottom plan view of a wafer of 18A ;

18C eine Draufsicht von oben auf einen Wafer, in dem zwei Solarzellen hergestellt sind; 18C a top view of a wafer in which two solar cells are made;

19 eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 17 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt; 19 a cross-sectional view of the solar cell of 17 after the next processing step;

20A eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 19 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt; 20A a cross-sectional view of the solar cell of 19 after the next processing step;

20B eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 20A nach dem nächsten Verarbeitungsschritt; 20B a cross-sectional view of the solar cell of 20A after the next processing step;

21 eine Draufsicht auf den Wafer der 20B, wobei die Oberflächenansicht des um die Zelle herum geätzten Grabens gezeigt ist; 21 a plan view of the wafer of 20B showing the surface view of the trench etched around the cell;

22A eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 20B nach dem nächsten Verarbeitungsschritt in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 22A a cross-sectional view of the solar cell of 20B after the next processing step in a first embodiment of the invention;

22B eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 22A nach dem nächsten Verarbeitungsschritt in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 22B a cross-sectional view of the solar cell of 22A after the next processing step in a second embodiment of the invention;

22C eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 22A nach dem nächsten Verarbeitungsschritt in einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in dem ein Abdeckglas angebracht wird; 22C a cross-sectional view of the solar cell of 22A after the next processing step in a third embodiment of the present invention, in which a cover glass is mounted;

23 eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 22C nach dem nächsten Verarbeitungsschritt in einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem das Surrogatsubstrat entfernt ist; und 23 a cross-sectional view of the solar cell of 22C after the next processing step in a third embodiment of the invention in which the surrogate substrate is removed; and

24 ist eine graphische Darstellung des Dotierprofils in einer Basis und angrenzenden Emitterschicht in der metamorphen Solarzelle gemäß der Erfindung. 24 Figure 3 is a graphical representation of the doping profile in a base and adjacent emitter layer in the metamorphic solar cell according to the invention.

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 designate the same or functionally similar elements, and the description is intended to describe key features of exemplary embodiments in an exceedingly 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).

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 kann 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 can be grown to the required thickness, elemental composition, dopant concentration.

Eine Verschiedenheit der unterschiedlichen Merkmale der invertierten metamorphen Multijunction-Solarzellen sind den oben erwähnten in Beziehung stehenden Anmeldungen offenbart, Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine alternative Wachstums- und Verarbeitungstechnologie für die epitaxiale Herstellung von Halbleitersolarzellenschichten in einer Multijunction-Solarzelle, und insbesondere richtet sich die Erfindung auf eine invertierte metamorphe Multijunction-Solarzelle. In dem bevorzugten der zu beschreibenden Ausführungsbeispiele werden die Epitaxialschichten der IMM-Solarzelle auf eine relativ dünne Halbleiterstruktur aufgewachsen, die aus einem GaAs- oder Ge-Wachstumstemplat (oder irgendeinem anderen geeigneten Material) besteht, das an einem Saphir oder Saphir/Spinellsubstrat oder Träger angebracht ist. Das Saphir/Spinellsubstrat kann ausgelegt oder spezifiziert und ausgewählt sein, so dass es einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE = coefficient of thermal expansion) besitzt, der an denjenigen der relativen III/V-Verbindungen, wie beispielsweise GaAs, GaInPa, usw., angepasst ist, wobei diese Verbindungen in der Solarzellenherstellung verwendet werden.A variety of different features of the inverted multi-junction metamorphic solar cells are disclosed in the above-referenced related applications. The present invention is directed to an alternative growth and processing technology for the epitaxial fabrication of semiconductor solar cell layers in a multi-junction solar cell, and more particularly Invention to an inverted metamorphic multi-junction solar cell. In the preferred embodiment to be described, the epitaxial layers of the IMM solar cell are grown on a relatively thin semiconductor structure consisting of a GaAs or Ge growth template (or any other suitable material) attached to a sapphire or sapphire / spinel substrate or carrier is. The sapphire / spinel substrate may be designed or specified and selected to have a coefficient of thermal expansion (CTE) adapted to those of the relative III / V compounds, such as GaAs, GaInPa, etc. These compounds are used in solar cell production.

Gemäß den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das dünne Galliumarsenid-Wachstumstemplat dadurch gebildet, dass man einen Galliumarsenid-Wafer mit einem Saphirsubstrat verbindet oder verklebt und die Masse des Galliumarsenid-Wafers entfernt, was eine dünne Schicht aus Galliumarsenid auf dem Saphirsubstrat zurück lässt. Die Masse des Galliumarsenid-Trägers wird derart abgetrennt, dass sie nicht zerstört wird und wiederverwendet werden kann, um zusätzliche Solarzellen auf anderen Saphirsubstraten zu bilden. Die Wiederverwendung der Galliumarsenid-Träger auf diese Art und Weise zur Bildung zusätzlicher Solarzelle vermindert in signifikanter Weise die Kosten pro Einheit von auf Galliumarsenid basierenden Solarzellen. According to the embodiments described herein, the thin gallium arsenide growth template is formed by bonding or bonding a gallium arsenide wafer to a sapphire substrate and removing the bulk of the gallium arsenide wafer, leaving a thin layer of gallium arsenide on the sapphire substrate. The bulk of the gallium arsenide carrier is separated such that it is not destroyed and can be reused to form additional solar cells on other sapphire substrates. The reuse of the gallium arsenide supports in this way to form additional solar cells significantly reduces the cost per unit of gallium arsenide based solar cells.

Die IMM-Zellenstruktur wird auf das oben erwähnte Wachstumstemplat aufgewachsen, und zwar durch MOCVD oder eine äquivalente Wachstumstechnologie. Nach dem Wachstum wird die Struktur verarbeitet. Während der Verarbeitung wird eine Freisetzungstechnologie verwendet, um das Saphir- oder Saphir/Spinellsubstrat zu entfernen. Das Saphir- oder Saphir/Spinellsubstrat kann wiederverwendet werden, und zwar durch Anbringung von einem weiteren GaAs, Ge (oder anderen)-Substrat zur Bildung einer zusätzlichen Solarzelle.The IMM cell structure is grown on the growth template mentioned above by MOCVD or equivalent growth technology. After growth, the structure is processed. During processing, a release technology is used to remove the sapphire or sapphire / spinel substrate. The sapphire or sapphire / spinel substrate can be reused by attaching another GaAs, Ge (or other) substrate to form an additional solar cell.

Die Freigabe des Saphir (oder Saphir/Spinell)-Substrats kann erfolgen durch Nassätzen oder durch einen Schichtenfreigabe-Prozess. Das Nassätzen würde seitlich eine Schicht ätzen, das Wachstumssubstrat entlasten und der Laserzurückführungsprozess< würde eine Schicht schmelzen und die gleiche Art von Freigabe des Wachstumssubstrats erreichen.The release of the sapphire (or sapphire / spinel) substrate may be by wet etching or by a layer release process. The wet etch would laterally etch a layer, relieve the growth substrate, and the laser recycle process would melt a layer and achieve the same type of growth substrate release.

Der Wert des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, dass das Schleifen und Ätzen des Wachstumstemplats nicht mehr ausgeführt werden muss. Der Hauptteil des Wachstumstemplats, d. h. das Saphir/Spinellsubstrat oder -träger ist nunmehr wieder verwendbar. Es ist also viel weniger GaAs oder Ge-Material erforderlich, und zwar eben genug einer Schicht zum Vorsehen eines Wachstumstemplats.The value of the proposed method is that the grinding and etching of the growth template no longer has to be carried out. The main part of the growth template, d. H. the sapphire / spinel substrate or carrier is now reusable. Thus, much less GaAs or Ge material is required, just enough of a layer to provide a growth template.

Ein zweiter Vorteil dieser Lösungsmöglichkeit besteht darin, dass unterschiedliche Gitterkonstanten nunmehr verwendet werden können, und zwar an Stelle von nur GaAs oder Ge. Wenn eine kleinere Gitterkonstante als GaAs (oder Ge) verwendet werden kann, dann kann nunmehr eine obere Subzelle mit einem höheren Bandabstand in die Solarzelle eingebaut werden, und zwar verglichen mit der Verwendung einer GaInP2-Subzelle (mit einem Bandabstand von ungefähr 1,90 eV), die in derzeit verfügbaren IMM-Solarzellenstrukturen verwendet wird.A second advantage of this approach is that different lattice constants can now be used instead of just GaAs or Ge. If a lattice constant smaller than GaAs (or Ge) can be used, then an upper subcell with a higher bandgap can now be built into the solar cell as compared to using a GaInP 2 subcell (with a band gap of about 1.90 eV) used in currently available IMM solar cell structures.

Die 1A1D sind Querschnittsansichten eines Saphirsubstrats 40 und eines Galliumarsenid-Trägers 50 während unterschiedlicher Schritte der Verbindung oder Verklebung des Trägers 50 mit dem Substrat, der Entfernung einer Masse des Trägers 50 nach dem Verbinden oder Verkleben und die Bildung einer Solarzelle auf der verbleibenden Galliumarsenidschicht 51, verbunden mit dem Saphirsubstrat 40. 1A zeigt das Saphirsubstrat 40. 1B zeigt den Galliumarsenid-Träger 50. Der Träger 50 umfasst die dünne Galliumarsenidschicht 51 benachbart einer Massenzone oder Massenregion 52 aus Galliumarsenid.The 1A - 1D FIG. 15 are cross-sectional views of a sapphire substrate. FIG 40 and a gallium arsenide carrier 50 during different steps of connecting or bonding the carrier 50 with the substrate, the removal of a mass of the carrier 50 after bonding or bonding and forming a solar cell on the remaining gallium arsenide layer 51 connected to the sapphire substrate 40 , 1A shows the sapphire substrate 40 , 1B shows the gallium arsenide carrier 50 , The carrier 50 includes the thin gallium arsenide layer 51 adjacent to a mass zone or mass region 52 from gallium arsenide.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Galliumarsenidschicht 51 durch Implantieren einer Spezies oder Art gebildet, wie beispielsweise von Wasserstoff-Ionen und/oder Edelgase in den Galliumarsenid-Träger 50 zur Bildung einer defekten Schicht („defect layer”) in den Galliumarsenid-Träger. Irgendein bekanntes Verfahren zum Implantieren der Spezies oder Art, wie beispielsweise von Wasserstoff-Ionen und/oder Edelgasen in den Halbleiterwafer, kann verwendet werden. Beispielsweise kann die Galliumarsenidschicht 51 in dem Träger 50 ausgebildet werden gemäß irgendeiner der Spezies oder Arten-Implantationstechniken, offenbart in US Patenten 7288 430 , 7 235 462 , 6 946 317 und 6 794 276 , wobei jedes dieser Patente an S. O. I. Tec Silicon an Insulator Technolgies übertragen ist und die Inhalte dieser Patente durch Bezugnahme zur Gänze hier jeweils aufgenommen werden. Die Dosis und/oder die Energie der implantierten Spezies oder Art kann derart eingestellt werden, dass die Spitzenkonzentration der implantierten Spezies in einer bestimmten Tiefe des Trägers 50 gebildet wird, wodurch die Galliumarsenidschicht 51 in Folge der Ionen-Implantation auf oder nahe ihrer Tiefe geschwächt wird. Die Massenzone 52 des Galliumarsenid-Trägers 50 wird während des Implantationsprozesses nicht geschwächt.In one embodiment, the gallium arsenide layer becomes 51 by implanting a species or species such as hydrogen ions and / or noble gases into the gallium arsenide support 50 to form a defect layer in the gallium arsenide support. Any known method of implanting the species or species, such as hydrogen ions and / or noble gases, into the semiconductor wafer may be used. For example, the gallium arsenide layer 51 in the carrier 50 may be formed according to any of the species or species implantation techniques disclosed in U.S. Patent No. 4,896,754 U.S. Patents 7288430 . 7,235,462 . 6,946,317 and 6,794,276 each of these patents being assigned to SOI Tec Silicon to Insulator Technologies and the contents of these patents are hereby incorporated by reference in their entirety. The dose and / or energy of the implanted species or species may be adjusted such that the peak concentration of the implanted species at a particular depth of the carrier 50 is formed, whereby the Galliumarsenidschicht 51 weakened due to ion implantation at or near its depth. The mass zone 52 of the gallium arsenide carrier 50 is not weakened during the implantation process.

In einem Ausführungsbeispiel hat der Galliumarsenid-Träger 50 eine vorbereitete Verbindungsoberfläche, die aufgeraut werden kann vor der Verbindung mit dem Saphirsubstrat 40, wie dies durch die Explosionsansicht gemäß 1B veranschaulicht wird. Die hergestellte bzw. vorbereitete Verbindungsoberfläche des Trägers 50 kann aufgeraut werden, und zwar unter Verwendung irgendeiner geeigneten chemischen Verbindung oder durch einen mechanischen Aufrauungsprozess. Das Aufrauen der Oberfläche des Trägers 50 verbessert die Verbindungscharakteristika des Trägers 50.In one embodiment, the gallium arsenide support 50 a prepared bonding surface that can be roughened before bonding to the sapphire substrate 40 as indicated by the exploded view according to 1B is illustrated. The prepared connection surface of the carrier 50 can be roughened using any suitable chemical compound or by a mechanical roughening process. The roughening of the surface of the carrier 50 improves the bonding characteristics of the wearer 50 ,

1C zeigt den Galliumarsenid-Träger 50 und das Saphirsubstrat 40, nachdem sie miteinander verbunden sind. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die hergestellte Verbindungsoberfläche des Galliumarsenid-Trägers direkt molekularmäßig mit einer Oberfläche des Saphirsubstrats 40 verbunden, beispielsweise bei erhöhter Temperatur und Druck. Eine dünne Verbindungsschicht zwischen der Schicht 51 und dem Saphirsubstrat 40 ist in den Figuren nicht gezeigt, um die Zeichnungen zu vereinfachen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die abgeschwächte Schicht 51 aus Galliumarsenid, ausgebildet durch Implantation der Spezies oder Art wie beispielsweise Wasserstoff-Ionen und/oder Edelgase in den Träger 50, mit dem Saphirsubstrat 40 verbunden. Die Masse 52 des Galliumarsenid-Trägers 50 wird sodann von der Kompositstruktur entfernt, was die dünne Schicht 51 aus Galliumarsenid auf dem Saphirsubstrat 40 zurücklässt. 1C shows the gallium arsenide carrier 50 and the sapphire substrate 40 after they are connected. In one embodiment, the bonded surface of the gallium arsenide support prepared is directly molecular in molecular weight with a surface of the sapphire substrate 40 connected, for example, at elevated temperature and pressure. A thin connecting layer between the layer 51 and the sapphire substrate 40 is not shown in the figures to simplify the drawings. According to one embodiment, the attenuated layer 51 Gallium arsenide, formed by implantation of the species or species such as hydrogen ions and / or noble gases in the carrier 50 , with the sapphire substrate 40 connected. The crowd 52 of the gallium arsenide carrier 50 is then removed from the composite structure, which is the thin layer 51 of gallium arsenide on the sapphire substrate 40 leaves.

In einem Ausführungsbeispiel wird die Masse 52 des Galliumarsenid-Trägers 50 vom Saphirsubstrat 40 abgetrennt, und zwar durch Anlassen des Trägers 50 in einer heißen Umgebung, wie beispielsweise im Ofen oder irgendeinem Gerät zum schnellen thermischen Anlassen. Der Effekt der Anlasstemperatur und der Zeit schwächt den Träger 50 an der Galliumarsenidschicht 50 weiter, und zwar eingeführt durch die atomare Implantation, was zu einer Abtrennung führt. Durch die Abtrennung entlang dieser Region während oder nach dem Anlassen bleibt die dünne Schicht 51 aus Galliumarsenid mit dem Saphirsubstrat, wie in 1D gezeigt, verbunden. Der abgetrennte Massenteil 52 des Trägers 50 wird nicht zerstört und kann wieder verwendet werden.In one embodiment, the mass becomes 52 of the gallium arsenide carrier 50 from the sapphire substrate 40 separated, by tempering the carrier 50 in a hot environment such as in the oven or any rapid thermal annealer. The effect of tempering temperature and time weakens the wearer 50 at the gallium arsenide layer 50 further, introduced by the atomic implantation, which leads to a separation. Separation along this region during or after tempering leaves the thin layer 51 of gallium arsenide with the sapphire substrate as in 1D shown connected. The separated mass part 52 of the carrier 50 will not be destroyed and can be used again.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel besitzt die dünne Galliumarsenidschicht 51, verbunden mit dem Saphirsubstrat 40, eine Dicke von ungefähr 5 Mikrometer und die Masse 52 des Trägers 50, abgetrennt von der zusammengesetzten oder Kompositstruktur, besitzt eine Dicke von ungefähr 395 Mikrometer. Die dünne Schicht 51 aus Galliumarsenid, verbunden mit dem Saphirsubstrat 40, wirkt als ein Substrat, auf dem eine Solarzelle ausgebildet werden kann. In einem Ausführungsbeispiel wird die Gailiumarsenidschicht 51 vorbereitet oder geglättet, und zwar bevor eine Solarzelle auf der Schicht 51 gebildet wird. Das Glätten oder die Oberflächenbereitung kann ausgeführt werden unter Verwendung irgendeiner geeignete Technik, wie beispielsweise chemisch-mechanischen Polierens, Ätzens durch ein Gaskluster, Ionenstrahl oder Ätzen mit reaktionsfreudigen Ionen, HCL-Glättung, usw. Im Folgenden wird in dieser Anmeldung auf die dünne GaAs-Schicht 51 auf dem Saphir-Träger 40 einfach als das „Substrat” Bezug genommen.According to one embodiment, the thin gallium arsenide layer has 51 connected to the sapphire substrate 40 , a thickness of about 5 microns and the mass 52 of the carrier 50 , separated from the composite or composite structure, has a thickness of about 395 microns. The thin layer 51 of gallium arsenide bonded to the sapphire substrate 40 , acts as a substrate on which a solar cell can be formed. In one embodiment, the gallium arsenide layer becomes 51 prepared or smoothed, before a solar cell on the layer 51 is formed. Smoothing or surface preparation may be carried out using any suitable technique, such as chemical mechanical polishing, gas-cycled etching, ion beam or reactive ion etching, HCL smoothing, etc. Hereinafter, in this application, the thin GaAs is shown. layer 51 on the sapphire carrier 40 simply referred to as the "substrate".

Wie oben erwähnt, wird die Masse 52 des Galliumarsenid-Trägers 50 von dem Saphir 40 abgetrennt und kann wieder verwendet werden. In einem Ausführungsbeispiel wird die Masse 52 des Galliumarsenid-Trägers 50 wiederverwendet zur Bildung einer neuen Solarzelle auf einem neuen (nicht gezeigten) Substrat, wie dies oben beschrieben wurde. Das heißt, eine neue Verbindungsoberfläche wird auf dem abgetrennten Massenteil 52 aus Galliumarsenid-Träger 50 hergestellt, um einen neuen Galliumarsenid-Träger zu bilden. Der neue Galliumarsenid-Träger wird mit einem neuen Saphirsubstrat verbunden, um eine neue Kompositstruktur oder zusammengesetzte Struktur zu erzeugen. Die Masse des neuen Galliumarsenid-Trägers wird von der neuen Kompositstruktur – wie oben beschrieben – abgetrennt, was ein neues Galliumarsenidsubstrat auf dem neuen Saphirsubstrat zurücklässt. Eine neue Folge von Schichten aus Halbleitermaterial kann sodann auf dem neuen Galliumarsenidsubstrat abgeschieden werden zur Bildung einer neuen Solarzelle.As mentioned above, the mass becomes 52 of the gallium arsenide carrier 50 from the sapphire 40 separated and can be used again. In one embodiment, the mass becomes 52 of the gallium arsenide carrier 50 reused to form a new solar cell on a new substrate (not shown) as described above. That is, a new connection surface will be on the separated mass part 52 made of gallium arsenide carrier 50 prepared to form a new gallium arsenide support. The new gallium arsenide support is bonded to a new sapphire substrate to create a new composite or composite structure. The bulk of the new gallium arsenide support is separated from the new composite structure, as described above, leaving a new gallium arsenide substrate on the new sapphire substrate. A new sequence of layers of semiconductor material may then be deposited on the new gallium arsenide substrate to form a new solar cell.

Der Galliumarsenid-Träger 50 (und auch die Galliumarsenid-Wachstumsschicht des Templats 51) ist vorzugsweise ein abgeschnittenes Substrat, wie dies unter Bezugnahme auf die 2A3B im Folgenden beschrieben wird. 2A ist eine perspektivische Ansicht einer vielschichtigen (polyhedralen) Repräsentation einer Halbleitergitterstruktur, die Kristallebenen zeigt. Die Miller-Indizes werden verwendet, um die Ebenen zu identifizieren und die Kristallstruktur wird in der Figur durch einen abgeschnittenen Kubus repräsentiert mit der (001) Ebene oben. Im Falle eines GaAs-Verbindungshalbleiters, was das interessierende Material der Vorliegenden Erfindung ist, ist die Kristallstruktur als eine Zinkmischungsstruktur bekannt und ist in 2B gezeigt, was eine Kombination von zwei ineinander dringenden stirnflächenzentrierten kubischen Subgittern (sub lattices) repräsentiert. Die Gitterkonstante (d. h. der Abstand zwischen den Arsenatomen im Kristall) ist 0,565 nm.The gallium arsenide carrier 50 (and also the gallium arsenide growth layer of the template 51 ) is preferably a cut substrate as described with reference to FIGS 2A - 3B will be described below. 2A Fig. 12 is a perspective view of a multi-layered (polyhedral) representation of a semiconductor lattice structure showing crystal planes. The Miller indices are used to identify the planes and the crystal structure is represented in the figure by a truncated cube with the ( 001 ) Level above. In the case of a GaAs compound semiconductor, which is the material of interest of the present invention, the crystal structure is known as a zinc blending structure and is disclosed in U.S. Pat 2 B which represents a combination of two intermeshing face-centered cubic sublattices (sub lattices). The lattice constant (ie the distance between the arsenic atoms in the crystal) is 0.565 nm.

2B ist eine perspektivische Ansicht des GaAs-Kristallgitters, wobei die Position der Galliumarsenatome gezeigt ist, und zwar mit den entsprechenden Miller-Indizes, die die Gitterebenen identifizieren. 2 B Figure 12 is a perspective view of the GaAs crystal lattice showing the position of the gallium arsenic atoms with the corresponding Miller indices identifying the lattice planes.

3A ist eine perspektivische Ansicht der Ebene P der Substratoberfläche, verwendet in der vorliegenden Erfindung, und zwar überlagert über dem Kristalldiagramm der 2A. Die Ebene P sieht man verschwenkt von einem Punkt auf der (001)-Ebene (in dieser Darstellung die hintere Ecke der oberen Oberfläche des Polyhedrons) in Richtung der (111)-Ebene oder genauer gesagt, der (111)A-Ebene, wobei der Buchstabe „A” sich auf die Ebene bezieht, gebildet durch das Subgitter der Arsenatome. Der Schwenkwinkel gemäß der vorliegenden Erfindung definiert den Winkel der Abtrennung des Substrats, definiert von der (001)-Ebene durch die Ebene P, und ist mindestens 6° und vorzugsweise annähernd 15°. 3A FIG. 12 is a perspective view of the plane P of the substrate surface used in the present invention superimposed over the crystal diagram of FIG 2A , The plane P you see pivoted from a point on the ( 001 ) Plane (in this illustration the rear corner of the upper surface of the polyhedrone) in the direction of ( 111 ) Level or more precisely, the ( 111 ) A-plane, where the letter "A" refers to the plane formed by the sub-lattice of the arsenic atoms. The tilt angle according to the present invention defines the angle of separation of the substrate defined by the ( 001 ) Plane through the plane P, and is at least 6 ° and preferably approximately 15 °.

Obwohl die vorliegende Erfindung Idealerweise einen Abschnitt (offcut) in der (111)A Richtung vorsieht, kann es vorkommen, dass während der Produktion und Herstellung der verschiedenen Wafer-Chargen der Ausrichtungs- oder Abschneidprozess nicht so präzise oder exakt erfolgen kann, wie dies die vorliegende Erfindung spezifiziert, und so kann die sich ergebene Ebene P etwas in Richtung der benachbarten (011)- oder (101)-Ebenen verschwenken, wie auch in die Richtung der (111)A-Ebene. Solche Abweichungen, ob sie zufällig sind oder auf Grund anderer mechanischer oder struktureller Gründe eintreten, werden als im Rahmen der Erfindung liegend angesehen.Although the present invention ideally includes a section (offcut) in the (FIG. 111 ) A direction, it may happen that during the production and manufacture of the various wafer batches of the alignment or cutting process can not be as precise or precise as the present invention specifies, and thus the resulting plane P may be somewhat in the direction of the adjacent ( 011 ) - or ( 101 ) Levels, as well as in the direction of ( 111 ) A plane. Such variations, whether incidental or otherwise due to mechanical or structural reasons, are considered to be within the scope of the invention.

Somit, und in der allgemeinsten Form, umfasst die vorliegende Offenbarung durch die Nennung oder das Zitieren des „Abschneidens von der (001)-Kristallebene durch mindestens 6° zur der (111)A-Ebene” hin das Verschwenken der abgeschnittenen Ebene P zu irgendeiner der folgenden Ebenen hin:

  • (i) eine benachbarte (111)A-Ebene um mindestens 6° und höchstens 20°;
  • (ii) eine benachbarte (011)-Ebene um mindestens annähernd 1°;
  • (iii) eine benachbarte (101)-Ebene um mindestens annähernd 1°; und
  • (iv) irgendeine Ebene, die in dem Kontinuum von Ebenen liegt zwischen (i) und (ii), (i) und (iii) oder (ii) und (iii), vgl. oben.
Thus, and in the most general form, the present disclosure encompasses by citing or quoting the "cutting off" of ( 001 ) Crystal plane by at least 6 ° to the ( 111 A level "pivoting the truncated plane P toward any of the following levels:
  • (i) an adjacent ( 111 ) A-plane at least 6 ° and not more than 20 °;
  • (ii) an adjacent ( 011 ) Plane by at least approximately 1 °;
  • (iii) an adjacent ( 101 ) Plane by at least approximately 1 °; and
  • (iv) any plane lying in the continuum of planes between (i) and (ii), (i) and (iii) or (ii) and (iii), cf. above.

3B ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines abgeschnittenen GaAs-Substrats, was zeigt, wie das Abschneiden in stufenartigen ebenen Schritten resultiert, die sich über die Oberfläche des Substrats erstrecken. 3B FIG. 12 is an enlarged perspective view of a clipped GaAs substrate showing how clipping results in step-like planar steps that extend over the surface of the substrate.

4A ist eine graphische Darstellung des Bandabstands von bestimmten Binärmaterialien und ihrer Gitterkonstanten. Der Bandabstand und die Gitterkonstanten von ternären Materialien sind in den Linien angeordnet, die zwischen typischen assoziierten binären Materialien (wie beispielsweise dem ternären Material GaAlAs angeordnet zwischen den GaAs und AlAs-Punkten auf der graphischen Darstellung, wobei der Bandabstand des ternären Materials zwischen 1,42 eV für GaAs und 2,16 eV für AlAs liegt abhängig von der relativen Größe der individuellen Bestandteile). Somit können, abhängig vom gewünschten Bandabstand, die Materialbestandteile des Wachstumstemplats und der ternären Materialien, die daran gitterangepasst sind, in geeigneter Weise für die Konstruktion neuer Solarzellen-Subzellensequenzen ausgewählt sein. Die Linie A in der graphischen Darstellung repräsentiert eine der Materialkombinationen der Bandabstände oder Bandspalte und der Gitterkonstanten der ternären Materialien, die auf einem Galliumarsenid aufgewachsen werden können, wie im Stand der Technik bekannt. 4A Figure 4 is a graph of the bandgap of certain binary materials and their lattice constants. The bandgap and lattice constants of ternary materials are arranged in the lines between typical associated binary materials (such as the GaAlAs ternary material located between the GaAs and AlAs points on the plot, with the bandgap of the ternary material between 1.42 eV for GaAs and 2.16 eV for AlAs is dependent on the relative size of the individual components). Thus, depending on the desired band gap, the material components of the growth template and ternary materials lattice-matched thereto may be suitably selected for the construction of new solar cell subcell sequences. Line A in the graph represents one of the material combinations of the band gaps or band gaps and the lattice constants of the ternary materials that can be grown on a gallium arsenide as known in the art.

4B ist ein Graph, der den Bandabstand bestimmter binärer Materialien und ihrer Gitterkonstanten wie in 4A veranschaulicht, wobei die Linie B eine der Materialkombinationen von Bandabständen und Gitterkonstanten von ternären Materialien repräsentiert, die auf einem alternativen Substrat gemäß der Erfindung aufgewachsen werden können. Somit, abhängig von dem gewünschten Bandabstand, können die Materialbestandteile des Wachstumstemplats und die ternären Materialien, die dazu gitterangepasst sein können, in geeigneter Weise für die Konstruktion neuer solarer Subzellensequenzen ausgewählt werden. 4B is a graph showing the bandgap of certain binary materials and their lattice constants as in 4A wherein line B represents one of the material combinations of bandgap and lattice constants of ternary materials that can be grown on an alternative substrate according to the invention. Thus, depending on the desired band gap, the material components of the growth template and the ternary materials, which may be lattice-matched thereto, may be suitably selected for the construction of new solar subcell sequences.

5 ist ein Diagramm, welches den Bereich von Bandabständen von verschiedenen GaInAlAs-Materialien zeigt, und zwar als eine Funktion der relativen Konzentration von Al, In und Ga. Dieses Diagramm veranschaulicht wie die Auswahl einer konstanten Bandabstandssequenz von Schichten aus GaInAlAs in der metamorphen Schicht ausgelegt sein kann, und zwar durch geeignete Auswahl der relativen Konzentration von Al, In und Ga, um unterschiedlichen Gitterkonstantenerfordernisse für jede aufeinander folgende Schicht zu erfüllen. Somit gilt: Ob 1,5 eV oder 1,1 eV oder ein anderer Bandabstandswert der gewünschte konstante Bandabstand ist, das Diagramm veranschaulicht eine kontinuierliche Kurve für jeden Bandabstand, was inkrementale Änderungen in den Bestandteilsproportionen repräsentiert, wenn die Gitterkonstante sich ändern, damit die Schicht den erforderlichen Bandabstand und Gitterkonstante besitzt. 5 Figure 12 is a graph showing the range of bandgaps of various GaInAlAs materials as a function of the relative concentration of Al, In and Ga. This diagram illustrates how the selection of a constant bandgap sequence of layers of GaInAlAs in the metamorphic layer may be designed can, by appropriately selecting the relative concentration of Al, In and Ga, to meet different lattice constant requirements for each successive layer. Thus, whether 1.5 eV or 1.1 eV or another bandgap value is the desired constant bandgap, the diagram illustrates a continuous curve for each bandgap, which represents incremental changes in component proportions as the lattice constants change so that the layer has the required band gap and lattice constant.

6 ist eine graphische Darstellung, die weiterhin die Auswahl einer konstanten Bandabstandssequenz von Schichten aus GaInAlAs veranschaulicht, und zwar verwendet in der metamorphen Schicht durch Repräsentieren der Ga-Molfraktion abhängig von der Al-zu-In-Molfraktion in GaInAlAs-Materialien, die notwendig sind, um einen konstanten 1,5 eV-Bandabstand zu erhalten. 6 Figure 4 is a graph further illustrating the selection of a constant band gap sequence of layers of GaInAlAs used in the metamorphic layer by representing the Ga mole fraction depending on the Al to In mole fraction in GaInAlAs materials that are necessary; to obtain a constant 1.5 eV band gap.

7 ist eine graphische Darstellung, die weiterhin die Auswahl einer konstanten Bandabstandssequenz von Schichten aus GaInAlAs veranschaulicht, die verwendet werden in der metamorphen Schicht, wobei die Veranschaulichung erfolgt durch Darstellen der Molfraktion abhängig von der Gitterkonstanten in GaInAlAs-Materialien, die notwendig sind, um einen konstanten 1,5 eV-Bandabstand zu erreichen. 7 Figure 4 is a graph further illustrating the selection of a constant bandgap sequence of layers of GaInAlAs used in the metamorphic layer, illustrating by depicting the mole fraction depending on the lattice constants in GaInAlAs materials necessary to obtain a constant Reach 1.5 eV band gap.

8 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. 8th 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 offset, as in the Specifically, U.S. Patent Application Serial No. 12 / 047,944, filed Mar. 13, 2008, is described.

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 23 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 23 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. Die in der Subzelle B verwendete Fensterschicht 110 arbeitet zur Verminderung des Interface-Rekombinationsverlustes. Der Fachmann erkennt, dass eine zusätzliche Schicht oder Schichten hinzugefügt oder weggelassen werden können in der Zellstruktur, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.On top of the tunnel diode layers 109 becomes a window layer 110 deposited, preferably n + InGaP. The window layer used in subcell B 110 works to reduce interface recombination loss. One skilled in the art will recognize that an additional layer or layers may be added or omitted in the cell structure without departing from the scope of the present 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 andere 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 23 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 23 discussed.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besitzt der Mittel-Subzellenemitter einen Bandabstand gleich dem oberen Subzellenemitter und der Boden-Subzellenemitter besitzt einen Bandabstand größer als der Bandabstand der Basis der Mittel-Subzelle. Daher gilt nach der Herstellung der Solarzelle und Implementierung des Betriebs Folgendes:
Weder der mittlere Subzelle B- oder der untere Subzellen C-Emitter ist absorbierbarer Strahlung ausgesetzt. Die Strahlung wird im Wesentlichen in den Basen der Zellen B und C absorbiert, die schmälere Bandabstände als die Emitter besitzen. Daher sind die Vorteile der Verwendung von Hetero-Junction-Subzellen die Folgenden: (i) Kurzes Wellenlängenansprechen für beide Subzellen wird verbessert, und (ii) die Masse der Strahlung wird effektiver absorbiert und in der schmäleren Bandabstandsbasis gesammelt. Dieser Effekt erhöht JSC.
In the preferred embodiment of the present invention, the center subcell emitter has a bandgap equal to the upper subcell emitter, and the bottom subcell emitter has a bandgap greater than the bandgap of the base of the center subcell. Therefore, after manufacturing the solar cell and implementing the operation:
Neither the middle subcell B or the bottom subcell C emitter is exposed to absorbable radiation. The radiation is absorbed substantially in the bases of cells B and C, which have narrower band gaps than the emitters. Therefore, the advantages of using heterojunction subcells are the following: (i) short wavelength response for both subcells is improved, and (ii) the mass of radiation is more effectively absorbed and collected in the narrower bandgap basis. This effect increases J SC .

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 Schichten 114a sind vorzugsweise aus p++AlGaAs und n++-InGaP zusammengesetzt. 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 layers 114a are preferably composed of p ++ AlGaAs and 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 A und B oder in Richtung des Wachstums in die untere oder Boden-Subzelle C, wobei diese im Einzelnen beschrieben ist in der anhängigen US-Patentanmeldung Serial Nr. 11/860,183, 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 A and B or in the direction of growth into the bottom or bottom sub-cell C, which is described in detail in pending U.S. Patent Application Serial No. 11 / 860,183, 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 1,50 eV verbleibt.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 such that the band gap of the intermediate layer remains constant at approximately 1.50 eV.

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. As a result, each layer has a different band gap at Wanlass et al. 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 be used 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 11.6 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 11.6 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 23 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 23 discussed.

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

Als Nächstes wird eine Tunneldiode mit Schichten 122 und 123 über der BSF-Schicht 121 abgeschieden ähnlich zu den Schichten 114, 109, wobei wiederum ein Ohmsches Schaltungselement gebildet wird, und zwar zur Verbindung der Subzelle C mit der Subzelle D. Die p++-Schicht 122 besteht vorzugsweise aus GaInAsP, und die n++-Schicht 123 ist vorzugsweise auf GaInAsP aufgebaut.Next is a tunnel diode with layers 122 and 123 above the BSF layer 121 Secluded similar to the layers 114 . 109 , where again an ohmic circuit element is formed, for connecting the subcell C to the subcell D. The p ++ layer 122 is preferably GaInAsP, and the n ++ layer 123 is preferably built on GaInAsP.

In 9 wird eine Fensterschicht 125, vorzugsweise bestehend aus n+-Typ-InGaAlAs, 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 Subzelle „D”. Der Fachmann erkennt, dass zusätzliche Schichten hinzugefügt oder weggelassen werden können bei der Zellenstruktur, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.In 9 becomes a window layer 125 , preferably consisting of n + -type InGaAlAs, 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 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.

Oben auf der Fensterschicht 124 werden die Schichten der Zelle D abgeschieden: die n+-Emitterschicht 125 und die p-Typ-Basisschicht 126. Diese Schichten bestehen vorzugsweise aus n-Typ-GaInAs bzw. p-Typ-GaInAs oder aus n-Type InGaP oder p-Typ InGaAs für eine Heterojunction-Subzelle, obwohl andere geeignete Materialien konsistent mit der Gitterkonstanten und den Bandabstandserfordernissen auch verwendet werden können. Das Dotierprofil der Schichten 125 und 126 wird in Verbindung mit der 23 diskutiert.On top of the window layer 124 the layers of cell D are deposited: the n + emitter layer 125 and the p-type base layer 126 , These layers are preferably n-type GaInAs or p-type GaInAs or n-type InGaP or p-type InGaAs for a heterojunction subcell, although other suitable materials consistent with lattice constants and bandgap requirements may also be used. The doping profile of the layers 125 and 126 will be in conjunction with the 23 discussed.

Als Nächstes wird, wie in 10 gezeigt, eine BSF-Schicht 127, vorzugsweise aufgebaut aus p+-GaInAsP, sodann auf der Oberseite der Zelle D abgeschieden, wobei die BSF-Schicht die gleiche Funktion ausführt wie die BSF-Schichten 108, 113 und 121.Next, as in 10 shown a BSF layer 127 , preferably composed of p + -GaInAsP, then deposited on the top of the cell D, wherein the BSF layer performs the same function as the BSF layers 108 . 113 and 121 ,

Schließlich ist eine p+-Kontaktschicht 128, vorzugsweise bestehend aus p+-GaInAs, auf der BSF-Schicht 127 abgeschieden.Finally, a p + contact layer 128 , preferably consisting of p + -GaInAs, on the BSF layer 127 deposited.

In dem nächsten Verfahrensschritt wird eine Metallkontaktschicht 129 über der p+-Halbleiter-Kontaktschicht 128 abgeschieden. Das Metall ist vorzugsweise die Folge von Metallschichten Ti/Au/Ag/Au, obwohl andere geeignete Materialien und Sequenzen verwendet werden könnten.In the next process step, a metal contact layer 129 over the p + semiconductor contact layer 128 deposited. The metal is preferably the consequence of metal layers Ti / Au / Ag / Au, although other suitable materials and sequences could be used.

Auch werden die Metallkontaktmaterialien und Schichten derart gewählt, dass sich eine planare Zwischenschicht (Interface) ergibt, und zwar mit der darunter liegenden Halbleiter-Kontaktschicht, und zwar nach Wärmebehandlung, um den Ohmschen Kontakt zu aktivieren. Dies erfolgt so, dass (i) eine elektrische Schicht, die das Metall vom Halbleiter trennt, nicht abgeschieden und selektiv geätzt werden muss in den Metallkontaktflächen; und (ii) die Kontaktschicht ist spiegelnd über den interessierenden Wellenlängenbereich hinweg reflektierend.Also, the metal contact materials and layers are selected to provide a planar interface with the underlying semiconductor contact layer after heat treatment to activate ohmic contact. This is done so that (i) an electrical layer separating the metal from the semiconductor need not be deposited and selectively etched in the metal contact surfaces; and (ii) the Contact layer is reflective over the wavelength range of interest reflective.

12 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 11 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem eine Verbindungs- oder Klebeschicht 130 über der Metallschicht 129 abgeschieden wird. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verbindungsschicht ein Klebemittel, vorzugsweise ein Wafer-Klebemittel (hergestellt durch Brewer Science, Inc. in Rolla, MO). In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird ein Lot oder eine eutektische Verbindungsschicht 130 verwendet, wie dies beschrieben ist in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 12/271,127, eingereicht am 14. November 2008, oder aber es wird eine Verbindungsschicht 130 verwendet, wie sie beschrieben ist in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 12/265,113, eingereicht am 5. November 2008, wo das Surrogatsubstrat als eine permanente Tragkomponente auf der fertigen Solarzelle verbleibt. 12 is a cross-sectional view of the solar cell of 11 after the next processing step, in which a bonding or adhesive layer 130 over the metal layer 129 is deposited. In one embodiment of the invention, the tie layer is an adhesive, preferably a wafer adhesive (manufactured by Brewer Science, Inc. of Rolla, MO). In other embodiments of the invention, a solder or eutectic bonding layer is used 130 as described in U.S. Patent Application Serial No. 12 / 271,127, filed November 14, 2008, or it becomes a tie layer 130 as described in U.S. Patent Application Serial No. 12 / 265,113, filed November 5, 2008, where the surrogate substrate remains as a permanent support component on the finished solar cell.

13A ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 12 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem ein Surrogatsubstrat 150, vorzugsweise Saphir, angebracht wird. Alternativ kann das Surrogatsubstrat GaAs, Ge oder Si oder irgendein anderes geeignetes Material. Das Surrogatsubstrat ist ungefähr 40 mils dick und im Falle der Ausführungsbeispiele, in denen das Surrogatsubstrat entfernt werden muss, ist es mit Löchern von ungefähr 1 mm Durchmesser perforiert und beabstandet mit 4 mm, um die darauffolgende Entfernung des Klebemittels und des Substrats zu erleichtern. 13A is a cross-sectional view of the solar cell of 12 after the next processing step, in which a surrogate substrate 150 , preferably sapphire, is attached. Alternatively, the surrogate substrate may be GaAs, Ge or Si, or any other suitable material. The surrogate substrate is about 40 mils thick, and in the embodiments in which the surrogate substrate must be removed, it is perforated with holes about 1 mm in diameter and spaced at 4 mm to facilitate subsequent removal of the adhesive and the substrate.

In dem nächsten Verfahrensschritt, wie dies in 13A dargestellt ist, werden das ursprüngliche Wachstumssubstrat 51 und der Träger 40 entfernt, und zwar durch örtliches Erhitzen mit einem Laser und darauffolgendes Ätzen zur Entfernung der Schichten 51 und 102.In the next process step, as in 13A is shown, the original growth substrate 51 and the carrier 40 removed by local heating with a laser and subsequent etching to remove the layers 51 and 102 ,

13B ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 13A, wobei die Orientierung mit dem Surrogatsubstrat 150 und dem Boden der Figur erfolgt. Darauf folgende Figuren in dieser Anmeldung nehmen diese Orientierung an. 13B is a cross-sectional view of the solar cell of 13A where the orientation with the surrogate substrate 150 and the bottom of the figure. Following figures in this application assume this orientation.

14 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht der Solarzelle der 13B, wobei nur einige wenige der oberen Schichten und unteren Schichten über dem Surrogatsubstrat 150 dargestellt sind, und zwar nach der Entfernung der Pufferschicht 102. 14 is a simplified cross-sectional view of the solar cell of 13B with only a few of the upper layers and lower layers over the surrogate substrate 150 are shown after the removal of the buffer layer 102 ,

15 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 14 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem die Ätzstoppschicht 103 durch eine HCl/H2O-Lösung entfernt ist. 15 is a cross-sectional view of the solar cell of 14 after the next processing step, in which the etch stop layer 103 removed by an HCl / H 2 O solution.

16 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle 15 nach der nächsten Folge von Verarbeitungsschritten, in denen eine (nicht gezeigte) Photoresist-Maske über der Kontaktschicht 104 angeordnet ist, um die Gitterlinien oder Leitungen 501 zu bilden. Wie im Einzelnen unten beschrieben wird, werden die Gitterleitungen 501 durch Verdampfung abgeschieden und lithographische Musterung und Abscheidung erfolgt über die Kontaktschicht 104. Die Maske wird darauf folgend entfernt, um die fertigen Metallgitterleitungen 501, wie dargestellt in den darauf folgenden Figuren, zu bilden. 16 is a cross-sectional view of the solar cell 15 after the next sequence of processing steps, in which a photoresist mask (not shown) over the contact layer 104 is arranged to the grid lines or lines 501 to build. As will be described in detail below, the grid lines become 501 deposited by evaporation and lithographic patterning and deposition occurs via the contact layer 104 , The mask is then removed to the finished metal grid lines 501 as shown in the following figures.

Die Gitter 501 werden vorzugsweise auf Pd/Ge/Ti/Pd/Au oder anderen geeigneten Materialien aufgebaut, wie dies im Einzelnen in der US Patentanmeldung Serial Nr. 12/218 582, eingereicht am 18. Juli 2008, beschrieben ist. Diese Schrift wird durch Bezugnahme hier aufgenommen.The grids 501 are preferably constructed on Pd / Ge / Ti / Pd / Au or other suitable materials, as described in detail in US Patent Application Serial No. 12 / 218,582, filed July 18, 2008. This document is hereby incorporated by reference.

17 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 16 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem die Gitterleitungen als eine Maske verwendet werden, um die Oberfläche zur Fensterschicht 105 herunterzuätzen, und zwar unter Verwendung einer Zitronensäure/Peroxid-Ätzmischung. 17 is a cross-sectional view of the solar cell of 16 after the next processing step, in which the grid lines are used as a mask, around the surface to the window layer 105 down using a citric acid / peroxide etching mixture.

18A ist eine Draufsicht auf einen Wafer, in dem vier Solarzellen implementiert sind. Die Darstellung der vier Zellen dient zur Veranschaulichung und die vorliegende Erfindung ist nicht auf irgendeine spezielle Anzahl von Zellen pro Wafer beschränkt. 18A Fig. 10 is a plan view of a wafer in which four solar cells are implemented. The illustration of the four cells is for illustrative purposes, and the present invention is not limited to any particular number of cells per wafer.

In jeder Zelle gibt es Gitterleitungen 501 (insbesondere gezeigt in dem Querschnitt in 17), eine Zwischenverbindungs-Busleitung 502 und ein Kontaktanschluss 503. Die Geometrie und die Anzahl der Gitter- und Busleitungen und der Kontaktanschluss sind veranschaulichend dargestellt und die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.There are grid lines in each cell 501 (particularly shown in the cross section in FIG 17 ), an interconnecting bus line 502 and a contact connection 503 , The geometry and number of grid and bus lines and contact terminal are illustratively shown, and the invention is not limited to the illustrated embodiment.

18B ist eine Draufsicht von unten auf den Wafer mit vier Solarzellen gemäß 18A. 18B is a bottom plan view of the wafer with four solar cells according to 18A ,

18C ist eine Draufsicht auf einen Wafer, in dem zwei Solarzellen implementiert sind. Die Darstellung von zwei Zellen in dieser Figur dient nur Zwecken der Veranschaulichung. 18C FIG. 10 is a plan view of a wafer in which two solar cells are implemented. FIG. The illustration of two cells in this figure is for illustrative purposes only.

19 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 17 nach dem nächsten Verfahrensschritt, in dem eine antireflektive (ARC) dielektrische Beschichtungsschicht 130 über der gesamten Oberfläche der „Boden”-Seite des Wafers mit den Gitterleitungen 501 aufgebracht ist. 19 is a cross-sectional view of the solar cell of 17 after the next process step, in which an antireflective (ARC) dielectric coating layer 130 over the entire surface of the "bottom" side of the wafer with the grid lines 501 is applied.

20A ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 19 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt gemäß der Erfindung, in dem erste und zweite Ringkanäle 510 und 511 oder einen Teil der Halbleiterstruktur auf die Metallschicht 129 unter Verwendung von Phosphid- und Arsenid-Ätzmitteln herabgeätzt ist. Diese Kanäle definieren eine Umfangsgrenze zwischen der Zelle und dem Rest des Wafers und lassen eine Mesastruktur zurück, die die Solarzelle bildet. Der in 20A gezeigte Querschnitt ist der, den man von einer A-A-Ebene gemäß 21 aus sieht. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Kanal 510 beträchtlich breiter als der Kanal 511. 20A is a cross-sectional view of the solar cell of 19 after the next processing step according to the invention, in the first and second ring channels 510 and 511 or a part of the semiconductor structure on the metal layer 129 under Use of phosphide and arsenide etchants is etched down. 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 20A cross section shown is the one from an AA level according to 21 looks out. In a preferred embodiment, the channel is 510 considerably wider than the canal 511 ,

20B ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 20A nach dem nächsten Verfahrensschritt, in dem der Kanal 511 einem Metallätzmittel ausgesetzt wird, die Schicht 123 im Kanal 511 entfernt wird und der Kanal 511 in seiner Tiefe erweitert wird annähernd zur oberen Oberfläche der Verbindungs- oder Klebemittelschicht 130 hin. 20B is a cross-sectional view of the solar cell of 20A after the next step in which the channel 511 exposed to a metal etchant, the layer 123 in the canal 511 is removed and the channel 511 is extended in depth approximately to the upper surface of the bonding or adhesive layer 130 out.

21 ist eine Draufsicht von oben auf den Wafer der 20A und 20B, wobei Kanäle 510 und 511 gezeigt sind, die um den Umfang jeder Zelle herum geätzt sind. 21 is a top view of the wafer from above 20A and 20B , where channels 510 and 511 shown etched around the circumference of each cell.

22A zeigt eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 20B, nach dem die einzelnen Solarzellen (Zelle 1, Zelle 2, usw., gezeigt in 21) aus dem Wafer herausgeschnitten oder herausgetrennt sind, und zwar den Kanal 511 unter Zurücklassung einer Vertikalkante 515, die sich durch das Surrogatsubstrat 150 am Ort des Kanals 511 erstreckt. In diesem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet das Surrogatsubstrat 150 den Träger für die Solarzelle in Anwendungen, wo ein Abdeckglas (beispielsweise vorgesehen im dritten Ausführungsbeispiel, wie unten beschrieben) nicht erforderlich ist. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann der elektrische Kontakt zur Metallkontaktschicht 129 durch den Kanal 510 erfolgen. 22A shows a cross-sectional view of the solar cell of 20B according to which the individual solar cells (cell 1 , Cell 2 , etc., shown in 21 ) are cut or separated from the wafer, namely the channel 511 leaving behind a vertical edge 515 moving through the surrogate substrate 150 at the place of the canal 511 extends. In this first embodiment of the invention, the surrogate substrate forms 150 the support for the solar cell in applications where a cover glass (for example, provided in the third embodiment as described below) is not required. In such an embodiment, the electrical contact to the metal contact layer 129 through the channel 510 respectively.

22B ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 22A nach dem nächsten Verarbeitungsschritt in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Surrogatsubstrat 150 in geeigneter Weise auf eine relativ dünne Schicht 150a verdünnt wird, und zwar durch Schleifen, Läppen oder Ätzen. In diesem Ausführungsbeispiel bildet die dünne Schicht 132a den Träger für die Solarzelle bei Anwendungen, wo ein Abdeckglas nicht erforderlich ist, wie dies für das zweite unten zu beschreibende Ausführungsbeispiel vorgesehen ist. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann der elektrische Kontakt zur Metallkontaktschicht 129 durch den Kanal 510 erfolgen. 22B is a cross-sectional view of the solar cell of 22A after the next processing step in a second embodiment of the invention, in which the surrogate substrate 150 suitably on a relatively thin layer 150a is diluted, by grinding, lapping or etching. In this embodiment, the thin layer forms 132a the support for the solar cell in applications where a cover glass is not required, as provided for the second embodiment to be described below. In such an embodiment, the electrical contact to the metal contact layer 129 through the channel 510 respectively.

22C ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 22A 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. 22C is a cross-sectional view of the solar cell of 22A 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.

23 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 22A nach dem nächsten Verfahrensschritt der vorliegenden Erfindung, bei dem die Klebeschicht 130, das Surrogatsubstrat 150 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 129 am Boden, die den Rückseitenkontakt der Solarzelle bildet. Das Surrogatsubstrat 150 wird vorzugsweise entfernt durch die Verwendung des Ätzmittels „Wafer Bond Solvent”. Wie oben bemerkt, weist das Surrogatsubstrat Perforationen über seine Oberfläche hinweg auf, die gestatten, dass das Ätzmittel durch das Surrogatsubstrat 150 fließen kann, um seine Entfernung zu gestatten. Nach der Entfernung (lift-off) kann das Surrogatsubstrat kann wieder in darauffolgenden Waferverarbeitungs-Operationen verwendet werden. 23 is a cross-sectional view of the solar cell of 22A after the next process step of the present invention, wherein the adhesive layer 130 , the surrogate substrate 150 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 129 at the bottom, which forms the back contact of the solar cell. The surrogate substrate 150 is preferably removed by the use of the etchant "Wafer Bond Solvent". As noted above, the surrogate substrate has perforations across its surface that allow the etchant to pass through the surrogate substrate 150 can flow to allow its removal. After removal (lift-off), the surrogate substrate can be used again in subsequent wafer processing operations.

24 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. 24 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.

Der Fachmann erkennt, dass eine zusätzliche bzw. zusätzliche Schichten in der Zellstruktur der 13B hinzugefügt oder weggelassen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The skilled person realizes that an additional or additional layers in the cell structure of 13B can be added or omitted without departing from the scope of the invention.

Man erkennt, dass jedes der oben beschriebenen Elemente, oder zwei oder mehre 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., wie dies in US-Patentanmeldung Serial Nr. 12/267,812, eingereicht am 10. November 2008, beschrieben ist. Im Falle von Vier- oder mehr Junction-Zellen kann auch die Verwendung von mehr als einer metamorphen Gradierschicht erfolgen, wie dies in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 12/271,192 vom 14. November 2008 beschrieben ist.Although the preferred embodiment of the present invention uses a vertical stack of four subcells, the present invention may be used Also be applied to stacks with fewer or more sub-cells, ie, two-junction cells, three-junction cells, five-junction cells, etc., as described in U.S. Patent Application Serial No. 12 / 267,812, filed 10. November 2008, is described. In the case of four or more junction cells, the use of more than one metamorphic grading layer may also be used, as described in U.S. Patent Application Serial No. 12 / 271,192, issued Nov. 14, 2008.

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 Zellen 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 intrinsische Schichtunterdrückt die Minoritätsträger-Rekombination in der Raumladungszone. 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 cells, 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 intrinsic layer suppresses minority carrier recombination in the space charge zone. 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.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (15)

Ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, wobei Folgendes vorgesehen ist: Vorsehen eines Halbleiter-Trägers mit einer vorbereiteten oder hergestellten Verbindungs- oder Klebeoberfläche; Vorsehen eines Tragsubstrats; Verbinden des Halbleiter-Trägers und des Tragsubstrats zur Erzeugung einer zusammengesetzten Struktur (Kompositstruktur); Abtrennen der Masse des Halbleiter-Trägers von der Kompositstruktur unter Zurücklassung eines Halbleiter-Wachstumssubstrats. auf dem Tragsubstrat; und Abscheiden einer Folge von Schichten als Halbleitermaterial zur Bildung einer Solarzelle auf dem Halbleiter-Wachstumssubstrat.A method of making a solar cell, comprising: Providing a semiconductor carrier having a prepared or prepared bonding or adhesive surface; Providing a support substrate; Bonding the semiconductor carrier and the supporting substrate to form a composite structure; Separating the bulk of the semiconductor carrier from the composite structure leaving a semiconductor growth substrate. on the support substrate; and depositing a sequence of layers as a semiconductor material to form a solar cell on the semiconductor growth substrate. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat Galliumarsenid oder Germanium ist.The method of claim 1, wherein the semiconductor substrate is gallium arsenide or germanium. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verbindung des Halbleiter-Trägers und des Tragsubstrats zur Erzeugung einer Kompositstruktur Folgendes umfasst: Molekularverbindung der vorbereiteten Verbindungs- oder Klebeoberfläche des Halbleiter-Trägers mit einer Oberfläche des Tragsubstrats.The method of claim 1, wherein the compound of the semiconductor carrier and the supporting substrate for forming a composite structure comprises: molecular bonding the prepared bonding surface of the semiconductor carrier to a surface of the supporting substrate. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abtrennen der Masse des Halbleiter-Trägers von der Kompositstruktur Folgendes aufweist: Implantieren einer Spezies oder einer Art in den Halbleiter-Träger zur Bildung einer defekten Schicht in dem Halbleiter-Träger; Verbinden der defekten Schicht des Halbleiter-Trägers direkt mit dem Tragsubstrat zur Erzeugung der Kompositstruktur; und Abtrennen der Masse des Halbleiter-Trägers von der Kompositstruktur unter Zurücklassung eines dünnen Halbleiter-Wachstumssubstrats auf dem Tragsubstrat.The method of claim 1, wherein separating the bulk of the semiconductor carrier from the composite comprises: Implanting a species or species into the semiconductor carrier to form a defective layer in the semiconductor carrier; Bonding the defective layer of the semiconductor carrier directly to the support substrate to create the composite structure; and Separating the bulk of the semiconductor carrier from the composite structure leaving a thin semiconductor growth substrate on the support substrate. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Abtrennen der Masse des Halbleiter-Trägers von der Kompositstruktur Folgendes aufweist: Anlassen der Kompositstruktur mit einer erhöhten Temperatur zur Schwächung des Halbleiter-Trägers und der defekten Schicht; und Abtrennen der Masse des Halbleiter-Trägers von der Kompositstruktur entlang der defekten Schicht oder während des Anlassens der Kompositstruktur.The method of claim 4, wherein separating the bulk of the semiconductor carrier from the composite comprises: Tempering the composite structure at an elevated temperature to weaken the semiconductor carrier and the defective layer; and Separating the mass of the semiconductor carrier from the composite structure along the defective layer or during annealing of the composite structure. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die. Dicke des Halbleitersubstrats ungefähr 5 Mikron ist und wobei ferner die Dicke der Masse des Halbleiter-Trägers, abgetrennt von der Kompositstruktur, größer ist als 350 Mikron.The method of claim 1, wherein the. Thickness of the semiconductor substrate is about 5 microns, and further wherein the thickness of the mass of the semiconductor carrier, separated from the composite structure, is greater than 350 microns. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner ein Aufrauen der hergestellten Verbindungsoberfläche des Halbleiter-Trägers erfolgt, und zwar vor der Verbindung des Träger- und Tragsubstrats.The method of claim 1 further comprising roughening the fabricated bonding surface of the semiconductor substrate prior to bonding the substrate and support substrate. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner Folgendes vorgesehen ist: (i) Herstellen einer neuen Verbindungsoberfläche auf dem abgetrennten Massenteil des Halbleiter-Trägers zur Bildung eines neuen Halbleiter-Trägers; (ii) Vorsehen eines neuen Tragsubstrats; (iii) Verbinden des neuen Halbleiter-Trägers und des neuen Halterungssubstrats zur Erzeugung einer neuen Kompositstruktur; (iv) Abtrennen der Masse des neuen Halbleiter-Trägers von der neuen Kompositstruktur unter Zurücklassung eines neuen Halbleitersubstrats auf dem neuen Tragsubstrat; und (v) Abscheiden einer Folge von Schichten aus Halbleitermaterial zur Bildung einer Solarzelle auf dem neuen Halbleitersubstrat; und (vi) Wiederholen der Schritte (i) bis (v) mit dem abgetrennten Massenteil des neuen Halbleiter-Trägers.The method of claim 1, further comprising: (i) forming a new bonding surface on the severed bulk portion of the semiconductor substrate to form a new semiconductor substrate; (ii) providing a new support substrate; (iii) bonding the new semiconductor carrier and the new mounting substrate to form a new composite structure; (iv) separating the mass of the new semiconductor carrier from the new composite structure leaving a new semiconductor substrate on the new supporting substrate; and (v) depositing a sequence of layers of semiconductor material to form a solar cell on the new semiconductor substrate; and (vi) repeating steps (i) through (v) with the separated bulk portion of the new semiconductor carrier. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Tragsubstrat Saphir oder Saphir/Spinell ist und wobei der Halbleiter-Träger Galliumarsenid ist, das abgeschnitten ist von der (001)-Kristallebene durch mindestens 6° zu der (111)-Ebene hin.The method of claim 1, wherein the support substrate is sapphire or sapphire / spinel and wherein the semiconductor support is gallium arsenide which is cut off from the ( 001 ) Crystal plane by at least 6 ° to the ( 111 ) Level. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner Folgendes vorgesehen ist: Anbringen eines zweiten Surrogatsubstrats oben auf der Sequenz von Schichten aus Halbleitermaterial zur Bildung einer Solarzelle, und Entfernen des Halbleiter-Wachstumssubstrats.The method of claim 1, further comprising: Mounting a second surrogate substrate on top of the sequence of layers of semiconductor material to form a solar cell, and removing the semiconductor growth substrate. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Abscheidens einer Sequenz von Schichten auf dem Galliumarsenid-Substrat Folgendes aufweist: Bilden oder Formen einer oberen ersten solaren Subzelle mit einem ersten Bandabstand auf dem Galliumarsenid-Substrat; Ausbilden einer zweiten Mittel-Solarzelle über der ersten solaren Subzelle mit einem zweiten Bandabstand kleiner als der erste Bandabstand; Formen einer gradierten Zwischenschicht über der erwähnten zweiten Solarzelle; Bilden einer dritten Solarsubzelle über der gradierten Zwischenschicht mit einem vierten Bandabstand, der kleiner ist und einem zweiten Bandabstand derart, dass die dritte Subzelle gitterfehlausgerichtet ist bezüglich der zweiten Subzelle.The method of claim 1, wherein the step of depositing a sequence of layers on the gallium arsenide substrate comprises: Forming or forming an upper first solar subcell having a first band gap on the gallium arsenide substrate; Forming a second central solar cell over the first solar subcell having a second bandgap smaller than the first bandgap; Forming a graded interlayer over said second solar cell; Forming a third solar subcell over the graded interlayer having a fourth bandgap that is smaller and a second bandgap such that the third subcell is lattice misaligned with respect to the second subcell. Verfahren nach Anspruch 11, wobei ferner Folgendes vorgesehen ist: Formen einer unteren vierten solaren Subzelle über der dritten Subzelle mit einem fünften Bandabstand kleiner als dem des vierten Bandabstands derart, dass die dritte Subzelle gitterangepasst ist bezüglich der dritten Subzelle.The method of claim 11, further comprising: Forming a lower fourth solar subcell above the third subcell having a fifth bandgap smaller than that of the fourth bandgap such that the third subcell is lattice matched with respect to the third subcell. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die obere Subzelle aus InGa(Al)P aufgebaut ist, die zweite Subzelle aufgebaut ist aus GaAs-, GaInP-, GaInAs-, GaAsSb- oder GaInAsN-Emitterregion oder -zone und einer GaAs-, GaInAs-, GaAsSb- oder GaInAsN-Basisregion und wobei die dritte Subzelle aufgebaut ist aus einer GaInAsP-Basis und einem Emitter. The method of claim 11, wherein the upper subcell is constructed of InGa (Al) P, the second subcell is composed of GaAs, GaInP, GaInAs, GaAsSb or GaInAsN emitter region or zone and a GaAs, GaInAs, GaAsSb or GaInAsN base region and wherein the third subcell is composed of a GaInAsP base and an emitter. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die vierte Subzelle aus GaInAs-Basis- und Emitterschichten besteht.The method of claim 12, wherein the fourth subcell consists of GaInAs base and emitter layers. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die gradierte Zwischenschicht zusammensetzungsmäßig gradiert ist, um die Gitteranpassung in der zweiten Subzelle auf einer Seite zu verursachen, wobei die dritte Subzelle auf der anderen Seite angeordnet ist und aus (InxGa1-x)y besteht, wobei Al1-yAs aufgebaut ist, und zwar x und y ausgewählt derart, dass der Bandabstand der Zwischenschicht konstant über die Dicke hinweg verläuft.The method of claim 11, wherein the graded interlayer is compositionally graded to cause lattice matching in the second subcell on one side, the third subcell being disposed on the other side and made of (In x Ga 1-x ) y Al 1-y As, namely x and y selected such that the band gap of the intermediate layer is constant across the thickness.
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