DE102010012080B4 - Herstellungsverfahren einer invertierten Multijunction-Solarzelle mit GeSiSn und invertierte Multijunction-Solarzelle mit GeSiSn - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, wobei Folgendes vorgesehen ist:Vorsehen eines Halbleiterwachstumssubstrats;Abscheiden, auf dem Halbleiterwachstumssubstrat einer Folge von Schichten aus Halbleitermaterial, die eine Solarzelle bilden, und zwar einschließlich einer Subzelle, die durch GeSiSn gebildet ist;Entfernen des Halbleiterwachstumssubstrats;Formen von Fenster- und BSF-Schichten, gebildet aus GeSiSn, benachbart zur Subzelle.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Halbleitervorrichtungen und auf Herstellungsverfahren sowie Vorrichtungen wie beispielsweise Multijunction-Solarzellen, basierend auf III-V-Hybridhalbleiterverbindungen.
  • 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 Solarleistungsansätzen. Verglichen mit Silizium haben III-V-Verbindungshalbleiter-Multijunction-Vorrichtungen größere Energieumwandlungseffizienz 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 Silizium-Technologien im Allgemeinen 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 Siliziumsolarzellen, 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 Beabstandungen, und Summierung des Stromes von jeder der Zonen.
  • 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.
  • 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 elektrischer 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.
  • Invertierte metamorphische Solarzellenstrukturen, wie sie von WANLASS, W.W. [u.a.]: Lattice-Mismatched Approaches for High-Performance, III-V Photovoltaic Energy Converters. In: 31st IEEE Photovoltaics Specialists Conference and Exhibition Lake Buena Vista, Florida, January 3-7, 2005, S. 1-6, beschrieben sind, stellen einen wichtigen konzeptuellen Standpunkt für die Entwicklung von zukünftigen kommerziellen hocheffizienten Solarzellen dar.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Kurz und allgemein gesagt, sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle vor, wobei Folgendes vorgesehen ist: Vorsehen eines Wachstumssubstrats; Abscheiden einer Folge von Schichten aus Halbleitermaterial zur Bildung einer Solarzelle, einschließlich einer Subzelle aus GeSiSn und Entfernen des Halbleitersubstrats und Formen von Fenster- und BSF-Schichten, gebildet aus GeSiSn, benachbart zur Subzelle.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle vor, wobei Folgendes vorgesehen ist: Vorsehen eines Halbleiterwachstumssubstrats; Abscheiden auf dem Halbleiterwachstumssubstrat einer Folge von Schichten aus Halbleitermaterial, die eine Solarzelle bilden, und zwar einschließlich mindestens einer Schicht aufgebaut aus GeSiSn und einer Schicht, gewachsen über der GeSiSn-Schicht, aufgebaut aus Ge; Aufbringen einer Metallkontaktschicht über der Folge von Schichten; und Anbringen eines Traggliedes direkt über der erwähnten Metallkontaktschicht.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Multijunction-Solarzelle bereit, die Folgendes aufweist: Eine erste Solarsubzelle, aufgebaut aus InGaP oder InGaAIP und mit einem ersten Bandabstand; einer zweiten Solarsubzelle, aufgebaut aus GaAs, InGaAsP oder InGaP, und zwar angeordnet über der ersten solaren Subzelle mit einer zweiten Bandabstand kleiner als dem ersten Bandabstand und gitterangepasst an die erwähnte erste Solarsubzelle; und eine dritte Solarsubzelle, aufgebaut aus GeSiSn und angeordnet über der zweiten Solarsubzelle und mit einem dritten Bandabstand kleiner als dem zweiten Bandabstand und gitterangepasst bezüglich der zweiten Subzelle.
  • Einige Implementierungen der vorliegenden Erfindung können weniger der Aspekte und Merkmale in den vorstehenden Zusammenfassungen umfassen oder implementieren.
  • Weitere Aspekte, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der Offenbarung einschließlich der folgenden detaillierten Beschreibung sowie aus der Anwendung der Erfindung. Obwohl die Erfindung unten unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wird, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist. Der Fachmann mit Zugang zu den hier gegebenen Lehren wird erkennen, dass zusätzliche Anwendungen, Modifikationen und Ausführungsbeispielen auf anderen Gebieten innerhalb des Rahmens der Erfindung liegen und hier als offenbart und beansprucht angesehen werden können, und zwar bezüglich Einsatzbereichen der Erfindung.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 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:
    • 1 eine graphische Darstellung des Bandabstandes bestimmter Binärmaterialen und ihre Gitterkonstanten;
    • 2A einen Querschnitt der Solarzelle der Erfindung nach der Abscheidung der Halbleiterschichten auf dem Wachstumssubstrat gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 2B eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Solarzelle nach der Abscheidung der Halbleiterschichten auf dem Wachstumssubstrat gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 2C eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Solarzelle nach der Abscheidung der Halbleiterschichten auf dem Wachstumssubstrat gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 2D 2B eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Solarzelle nach der Abscheidung der Halbleiterschichten auf dem Wachstumssubstrat gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 2E eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Solarzelle nach der Abscheidung der Halbleiterschichten auf dem Wachstumssubstrat gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 3 ist eine stark vereinfachte Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Solarzelle der 2 nach dem nächsten Verfahrensschritt der Abscheidung einer BSF-Schicht über der „unteren“ solaren Subzelle;
    • 4 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 3 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt;
    • 5 ist ein Querschnitt der der Solarzelle der 4 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem Surrogatsubstrat angebracht wird.
    • 6A einen Querschnitt der Solarzelle der 5 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem das ursprüngliche Substrat entfernt wird;
    • 6B einen weiteren Querschnitt der Solarzelle der 6A, und zwar mit dem Surrogatsubstrat am Boden der Figur;
    • 7 einen Querschnitt der Solarzelle der 6B nach dem nächsten Verarbeitungsschritt;
    • 8 einen Querschnitt der Solarzelle der 7 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt;
    • 9 einen Querschnitt der Solarzelle der 8 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt;
    • 10 eine Draufsicht auf einen Wafer, in dem vier Solarzellen hergestellt sind;
    • 10B eine Draufsicht von unten auf den Wafer der 10A;
    • 10C eine Draufsicht auf einen Wafer, in dem zwei Solarzellen hergestellt sind;
    • 11 einen Querschnitt der Solarzelle der 9 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt;
    • 12A einen Querschnitt der Solarzelle der 11 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt;
    • 12B einen Querschnitt der Solarzelle der 12A nach dem nächsten Verarbeitungsschritt;
    • 13A eine Draufsicht auf den Wafer der 10A, wobei eine Oberflächenansicht des Grabens, geätzt um die Zelle herum, gezeigt ist, und zwar nach dem in 12B gezeigten Verarbeitungsschritt;
    • 13B einer Draufsicht auf den Wafer der 10C, wobei die Oberflächenansicht des um die Zelle herum geätzten Grabens dargestellt ist, und zwar nach dem in 12B Verarbeitungsschritt;
    • 14A einen Querschnitt der Solarzelle der 12B nach dem nächsten Verarbeitungsschritt in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 14B einen Querschnitt der Solarzelle der 12B nach dem nächsten Arbeitungsschritt in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 14C einen Querschnitt der Solarzelle der Solarzelle der 14A nach dem nächsten Verarbeitungsschritt des Entfernens des Surrogatsubstrats,
    • 14D einen Querschnitt der Solarzelle der 14A nach einem Verfahrensschritt in einem Ausführungsbeispiel;
    • 15 einen Querschnitt der Solarzelle der 14B nach dem nächsten Verarbeitungsschritt in einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
    • 16 eine graphische Darstellung des Dotierprofils in den Basis- und Emitterschichten einer Subzelle in der Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
  • Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden nunmehr beschrieben, und zwar einschließlich beispielhafter Aspekte und Ausführungsbeispielen 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.
  • Das Grundkonzept der Herstellung einer invertierten Multijunction-Solarzelle besteht darin, die Subzellen der Solarzelle auf einem Substrat in einer „umgekehrten“ (reverse) Sequenz zu wachsen. Das heißt, die einen hohen Bandabstand besitzenden Subzellen (d.h. die Subzellen mit Bandständen im Bereich von 1,8 bis 2,1 eV), die normalerweise „oben“ auf den Subzellen sich befinden und zur Solarstrahlung hinweisen, werden epitaxial direkt auf einem Halbleiterwachstumssubstrat, wie beispielsweise GaAs oder Ge, aufgewachsen und diese Subzellen sind folglich an dieses Substrat gitterangepasst. Eine oder mehrere der einen niedrigen Bandabstand aufweisenden mittleren Subzellen (d.h. mit Bandabständen im Bereich von 1,2 bis 1,8 eV) können auf die einen hohen Bandabstand besitzenden Subzellen aufgewachsen werden.
  • Mindestens eine untere Subzelle wird über der mittleren oder Mittelsubzelle derart geformt, dass die mindestens eine untere Subzelle im Wesentlichen gitterangepasst ist bezüglich des Wachstumssubstrats und derart vorgesehen ist, dass die mindestens eine untere Subzelle einen dritten niedrigen Band abstand (d.h. einen Bandabstand im Bereich von 0,7 bis 1,2 eV) besitzt. Ein Surrogatsubstrat oder eine Tragstruktur wird sodann angebracht oder vorgesehen über der „Boden“- oder unteren Subzelle und das Wachstumssubstrat wird darauf folgend entfernt (das Wachstumssubstrat kann darauf folgend wieder für das Wachstum einer zweiten und darauf folgender Solarzellen verwendet werden).
  • Eine Verschiedenheit von unterschiedlichen Merkmalen und Aspekten eines Typs einer invertierten Multijunction-Solarzelle, die als invertierte metamorphische Multijunction-Solarzellen bekannt sind, sind in der Druckschrift US 2010 / 0 229 933 A1 mit der Anmeldenummer 12/401, 189 beschrieben und die damit in Beziehung stehenden Anwendungsfälle sind in dieser Anmeldung aufgeführt. Einige oder sämtliche solche Merkmale können bei den Strukturen und Verfahren der erfindungsgemäßen Solarzellen angewandt werden.
  • 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.
  • 2A zeigt eine Multijunction-Solarzelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nach der sequentiellen Bildung der drei Subzellen A, B und C auf einem GaAs-Wachstumssubstrat. Insbesondere ist ein Substrat 101 gezeigt, und zwar ist dieses vorzugsweise Galliumarsenid (GaAs), es kann aber auch Germanium (Ge) oder irgendein anderes geeignetes Material sein. Für GaAs ist das Substrat vorzugsweise ein 15°-„off-cut“-Substrat, d.h. seine Oberfläche ist 15° „off the“, d.h. weg von der (100)-Ebene orientiert, und zwar zu der (111)A-Ebene hin, wie dies im Einzelnen in der Druckschrift US 2009 / 0 229 662 A1 mit der Anmeldenummer 12/047,944 , eingereicht am 13. März 2008, beschrieben ist. Andere alternative Wachstumssubstrate, wie sie in der Druckschrift US 2010 / 0 151 618 A1 mit der Anmeldenummer 12/337,014 , eingereicht am 17. Dezember 2008, beschrieben sind, können auch verwendet werden.
  • Im Falle eines Ge-Substrats wird eine Keimschicht bzw. Kernbildungsschicht (nicht gezeigt) direkt auf dem Substrat 101 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 Ge-Substrats ist die Pufferschicht 102 vorzugsweise GaAs. Eine Kontaktschicht 104 aus GaAs wird sodann auf der Schicht 103 abgeschieden und eine Fensterschicht 105 aus n+Typ-AlInP wird auf jeder 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.
  • 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 Bandabstandserfordernisse, 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).
  • 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 16 diskutiert.
  • 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.
  • Oben auf der Basisschicht 107 wird eine BSF- oder Back Surface Field (BSF)-Schicht 108 (hintere Oberflächenfeldschicht 108), vorzugsweise p+AIGalnP, abgeschieden und zur Verminderung des Rekombinationsverlustes verwendet.
  • Die BSF-Schicht 108 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 108 reduziert den Rekombinationsverlust an der Rückseite der Solarsubzelle A und reduziert dadurch die Rekombination in der Basis.
  • 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++AIGaAs und die Schicht 109b ist vorzugsweise aufgebaut aus n++lnGaP.
  • Oben auf den Tunneldiodenschichten 109 wird eine Fensterschicht 110 abgeschieden, vorzugsweise n+lnGaP. 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 Zellenstruktur, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • 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. GaAs (für eine GaAs-Substrat), obwohl irgendwelche anderen Materialien verwendet werden können, die den Anforderungen hinsichtlich Gitterkonstanten und Bandabstand entsprechen. Somit kann die Subzelle B aufgebaut sein mit einer GaAs, GaInP, GalnAs, GaAsSb oder GalnAsN-Emitterregion oder Zone und einer GaAs, GalnAs, GaAsSb oder GalnAsN-Basiszone. Das Dotierprofil der Schichten 111 und 112 gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Verbindung mit 16 diskutiert.
  • In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann ähnlich der Struktur, offenbart in der Druckschrift US 2009 / 0 078 310 A1 mit der Anmeldenummer 12/023,772 , die mittlere Subzelle eine Heterostruktur besitzen mit einem InGaP-Emitter und ihr Fenster wird von InAlP to InGaP konvertiert. Diese Modifikation kann die Brechungsindexdiskontinuität an der Fenster/Emitter-Grenzfläche (Interface) der mittleren Subzelle eliminieren. Darüber hinaus gilt Folgendes: In einigen Ausführungsbeispielen kann die Fensterschicht 110 vorzugsweise mehr als der Emitter 111 dotiert sein, um das Wärmeniveau nach oben dichter zum Leitungsband zu bewegen, und daher eine Bandverbiegung an der Fenster/Emitter-Interface- oder Zwischenschicht zu schaffen, was die Minoritätsträger zur Emitterschicht einschwenkt.
  • In einem der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung besitzt der mittlere Subzellenemitter einen Bandabstand gleich dem des oberen Subzellenemitters und der Bodensubzellenemitter besitzt einen Bandabstand größer als der Bandabstand der Basis der mittleren Subzelle. Daher gilt nach der Herstellung der Solarzelle und der Implementierung und des Betriebs Folgendes: Weder die Emitter der mittleren Subzelle B noch die der Bodensubzelle C sind der absorbierbaren Strahlung ausgesetzt.
  • Im Wesentlichen alle absorbierbare Strahlung repräsentierenden Photonen werden in den Basen der Zellen B und C absorbiert, die schmälere Bandabstände als die Emitter besitzen. Daher sind die Vorteile der Verwendung der Hetero-Junction-Subzellen die Folgende: (i) Das Kurzwellenlängenansprechen für beide Subzellen wird verbessert und (ii) die Masse der Strahlung . wird effizienter absorbiert und in der einen schmaleren Bandabstand besitzenden Basis gesammelt. Der Effekt ist die Erhöhung des Kurzschlussstroms Jsc.
  • Über der Basisschicht 112 wird eine Basisschicht 113, vorzugsweise p+-Typ-AlGaAs, abgeschieden. Die BSF-Schicht 113 führt die gleiche Funktion wie die BSF-Schicht 108 aus.
  • Die p++/n++-Tunneldiodenschichten 114a und 114b werden jeweils über der BSF-Schicht 113 ähnlich den Schichten 109a/109b abgeschieden und bilden ein Ohmsches Schaltungselement, um die Subzelle B mit der Subzelle C zu verbinden. Die Schicht 114a besteht vorzugsweise aus p++GeSiSn und die Schicht 114b ist vorzugsweise auf n++GeSiSn aufgebaut.
  • Eine Fensterschicht 115, vorzugsweise aufgebaut aus n+-Typ-GeSiSn wird sodann über der Tunneldiodenschicht 114b abgeschieden. Diese Fensterschicht arbeitet zur Reduktion des Rekombinationsverlustes in der Subzelle C. Der Fachmann erkennt, dass zusätzliche Schichten hinzugefügt oder weggelassen werden können bei der Zellenstruktur, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Oben auf der Fensterschicht 115 werden die Schichten der Subzelle C abgeschieden: Die n+-Emitterschicht 116, die p+-Typ-Basisschicht 117. Diese Schichten bestehen vorzugsweise aus n+-Typ-GeSiSn bzw. p-Typ-GeSiSn, oder n+-Typ und p-Type für eine Hetero-Junction-Subzelle, obwohl andere Materialen, die hinsichtlich der Gitterkonstanten und der Bandabstandserfordernisse konsistent sind, verwendet werden könnten. Die Bildung der Junction- oder Verbindungsschicht in der Subzelle kann implementiert werden durch die Diffusion von As und P in die GeSiSn-Schichten. Das Dotierprofil der Schichten 116 und 117 wird in Verbindung mit 16 diskutiert.
  • Die Bandabstände der Folge von Solarzellen im ersten Ausführungsbeispiel sind vorzugsweise annähernd 1,85 eV für die obere Subzelle A, 1,42 eV für die Subzelle B und 1,03 eV für die Subzelle C.
  • Wie in Verbindung mit 3 diskutiert wird, kann eine BSF-Schicht, vorzugsweise aufgebaut aus p+-Typ-GeSiSn, abgeschieden werden oben auf der Basisschicht 117 der Subzelle C, wobei die BSF-Schicht die gleiche Funktion wie die BSF-Schichten 108 und 113 ausübt.
  • Die Beschreibung der folgenden Verfahrensschritte bei der Herstellung der Solarzelle im Ausführungsbeispiel der 2A wird mit der Beschreibung der 3 und den darauf folgenden Figuren begonnen. Inzwischen werden andere Ausführungsbeispiele der Multijunction-Solarzellen-Halbleiterstruktur beschrieben.
  • 2B zeigt eine Multijunction-Solarzelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar nach der sequenziellen Bildung der vier Subzellen A, B, C und D auf einem GaAs-Wachstumssubstrat. Insbesondere ist Folgendes gezeigt: Ein Substrat 101, welches vorzugsweise Galliumarsenid (GaAs) ist, aber auch Germanium (Ge) oder ein anderes geeignetes Material sein kann. Für GaAs ist das Substrat vorzugsweise ein 15° „off-cut“-Substrat d.h. seine Oberfläche ist 15° weg von der (100)-Ebene zur der (111)A-Ebene hin orientiert, wie dies im Einzelnen in der Druckschrift US 2009 / 0 229 662 A1 mit der Anmeldenummer 12/047,944 , eingereicht am 13. März 2008, beschrieben ist. Andere alternative Wachstumssubstrate, wie sie in der Druckschrift US 2010 / 0 151 618 A1 mit der Anmeldenummer 12/337,014 , eingereicht am 17. Dezember 2008, beschrieben sind, können auch verwendet werden.
  • Die Zusammensetzung der Schichten 101 bis 117 im Ausführungsbeispiel der 2B sind ähnlich denjenigen wie sie im Ausführungsbeispiel der 2A beschrieben wurden, können aber unterschiedliche elementare Zusammensetzungen oder Dotiermittelkonzentration besitzen, so dass hier keine Wiederholung erforderlich ist.
  • In dem Ausführungsbeispiel der 2B wird eine BSF-Schicht 118, vorzugsweise aufgebaut auf p+-Typ-GeSiSn, oben auf der Basisschicht 117 der Subzelle C abgeschieden, wobei die BSF-Schicht die gleiche Funktion wie die BSF-Schichten 108 und 113 ausführt.
  • Die p+/n++-Tunneldiodenschichten 119a bzw. 119b werden über der BSF-Schicht 118 abgeschieden ähnlich den Schichten 109al109b bzw. 114a/114b und bilden ein Ohmsches Schaltungselement zur Verbindung der Subzelle C mit der Subzelle D. Die Schicht 119a ist vorzugsweise aufgebaut aus p++-GeSiSn und die Schicht 119b ist vorzugsweise aufgebaut aus n++-GeSiSn.
  • Eine Fensterschicht 120, vorzugsweise aufgebaut aus n+-Typ-GeSiSn, wird sodann über der Tunneldiodenschicht 119b abgeschieden. Die Fensterschicht arbeitet zur Reduktion des Rekombinationsverlustes in der Subzelle D. Der Fachmann erkennt, dass zusätzliche Schichten hinzugefügt oder weggelassen werden könnten bei der Zellenstruktur, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Oben auf der Fensterschicht 120 werden die Schichten der Subzelle D abgeschieden: Die n+-Emitterschicht 121 und die p-Typ-Basisschicht 122. Diese Schichten sind vorzugsweise aufgebaut aus n+-Typ-Ge bzw. p-Typ-Ge, obwohl andere geeignete Materialien konsistent mit den Gitterkonstanten- und Bandabstandserfordernissen ebenso verwendet werden könnten. Die Bildung der Verbindung oder Junction in der Subzelle C kann implementiert werden durch die Diffusion As und P in die GeSiSn-Schichten. Das Dotierprofil der Schichten 121 und 122 in einem Ausführungsbeispiel wird in Verbindung mit 16 diskutiert.
  • Wie in Verbindung mit 3 diskutiert werden wird, ist eine BSF-Schicht 123, vorzugsweise aufgebaut aus p+-Typ-GeSiSn, sodann abgeschieden oben auf der Subzelle D, wobei die BSF-Schicht die gleiche Funktion ausführt wie die BSF-Schichten 108, 113 und 118.
  • Die Bandabstände der Folge von solaren Subzellen in dem zweiten Ausführungsbeispiel ist vorzugsweise annähernd 1,85 eV für die obere Subzelle A, 1,42 eV für die Subzelle B, 1,03 eV für die Subzelle C und 0,73 eV für die obere Subzelle D.
  • Die Beschreibung von darauf folgenden Verarbeitungsschritten bei der Herstellung der Solarzelle im Ausführungsbeispiel der 2B wird beginnend mit der Beschreibung der 3 und der darauf folgenden Figuren vorgesehen. Zwischenzeitlich werden andere Ausführungsbeispiele der Multijunction-Solarzellen-Halbleiterstruktur beschrieben.
  • 2C zeigt die Multijunction-Solarzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und zwar nach der sequenziellen Formung oder Bildung der fünf Subzellen A, B, C, D und E auf einem GaAs-Wachstumssubstrat. Insbesondere ist ein Substrat 101 gezeigt, welches vorzugsweise Galliumarsenid (GaAs) ist, aber ebenso auch Germanium (Ge) oder ein anderes geeignetes Material sein könnte.
  • Die Zusammensetzung und Beschreibung von dem Substrat 101 bis zur Schicht 105 und der Schichten 114a bis 123 ist im Wesentlichen ähnlich der Beschreibung in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der 2B, wobei unterschiedliche elementare Zusammensetzungen oder Doptiermittelkonzentrationen vorgesehen sein können, um unterschiedliche Bandabstände zu erreichen, was aber hier nicht wiederholt werden muss. Insbesondere gilt Folgendes: In dem Ausführungsbeispiel der 2C kann der Bandabstand der Subzelle A annähern 2,05 eV sein und der Bandabstand der Subzelle B kann annähernd 1,6 eV sein.
  • Es sei nunmehr auf das Ausführungsbeispiel, gezeigt in 2C, eingegangen. Oben auf der Fensterschicht 105 sind die Schichten der Subzelle A abgeschieden: Die n+-Emitterschicht 106a und die p-Typ-Basisschicht 107a. Diese Schichten sind vorzugsweise aufgebaut aus n+-Typ-InGaAlP bzw. p-Typ-InGaAIP, obwohl andere geeignete Materialien, konsistent mit Gitterab- . stand und Bandabstandserfordernissen, auch verwendet werden könnten. Die Subzelle A vorzugsweise hat einen Bandabstand von annähernd 2,05 eV.
  • Oben auf der Basisschicht 107a ist eine „back surface field“ (BSF)-Schicht 108, vorzugsweise aus p+-AlGaInP, abgeschieden und wird zur Verminderung des Rekombinationsverlustes verwendet.
  • Die BSF-Schicht 108 treibt Minoritätsträger aus der Zone nahe der Basis/BSF-Interface-Oberfläche zur Minimierung des Effekts des Rekombinationsverlustes. Anders ausgedrückt, reduziert eine BSF-Schicht 108 den Rekombinationsverlust an der Rückseite der solaren Subzelle A und vermindert dadurch die Rekombination in der Basis.
  • Oben auf der BSF-Schicht 108 ist eine Folge von stark dotierten p-Typ- und n-Typ-Schichten 109c und 109d abgeschieden, die eine Tunneldiode bilden, d.h. ein Ohmsches Schaltungselement, welches die Subzelle A mit der Subzelle B verbindet. Die Schicht 109c ist vorzugsweise aufgebaut aus p++-AlGaAs und die Schicht 109d ist vorzugsweise aufgebaut aus n++(Al)InGaP.
  • Oben auf den Tunneldiodenschichten 109c/109d ist eine Fensterschicht 110 abgeschieden, vorzugsweise aus n+-lnGaP, obwohl auch andere Materialien verwendet werden könnten. Allgemein gilt Folgendes: Die in der Subzelle B verwendete Fensterschicht 110 arbeitet zur Verminderung des Interface- oder Zwischenschicht-Rekombinationsverlustes. Der Fachmann erkennt, dass zusätzliche Schicht(en) hinzugefügt oder weggelassen werden können bei der Zellenstruktur, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Oben auf der Fensterschicht 110 werden die Schichten der Subzelle B abgeschieden: Die n+-Typ-Emitterschicht 111a und p-Typ-Basisschicht 112a. Diese Schichten sind vorzugsweise aufgebaut aus InGaAsP bzw. InGaAsP, obwohl andere geeignete Materialien, konsistent mit den Gitterkonstanten- und Bandabstandserfordernissen, verwendet werden könnten. Die Subzelle B besitzt vorzugsweise einen Bandabstand von 1,6 eV. Das Dotierprofil der Emitter- und Basisschichten in einem Ausführungsbeispiel wird diskutiert in Verbindung mit der 16.
  • Oben auf der Basisschicht 112a wird eine Rückoberflächen („BSF)-Schicht 113a, vorzugsweise p+-InGaAs, abgeschieden und zur Reduzierung des Rekombinationsverlustes verwendet.
  • Oben auf der BSF-Schicht 113a ist eine Folge von stark dotierten p-Typ- und n-Typ-Schichten 114a bzw. 114b abgeschieden, die eine Tunneldiode bilden. Die Schichten 114a bis 123 sind im Wesentlichen ähnlich denen, die in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der 2B beschrieben wurden, wobei aber unterschiedliche elementare Zusammensetzungen oder Dotiermittelkonzentrationen infolge der unterschiedlichen Bandabstände vorgesehen sind. Die Bandabstände der Folge von solaren Subzellen C und d in diesem Ausführungsbeispiel sind vorzugsweise 1,24 eV für die Subzelle C und 0,95 eV für die Subzelle D.
  • Oben auf der Basisschicht 122 der Subzelle D wird eine Rückoberflächenfeld (BSF)-Schicht 123, vorzugsweise p+-GeSiSn, abgeschieden und zur Reduktion des Rekombinationsverlustes verwendet.
  • Oben auf der BSF-Schicht 123 wird eine Folge von stark dotierten p-Typ- und n-Typ-Schichten 124a und 124b, die eine Tunneldiode bilden, abgeschieden, d.h. ein Ohmsches Schaltungselement, welches die Subzelle D mit der Subzelle E verbindet. Schicht 124a ist vorzugsweise aufgebaut aus p++-GeSiSn und Schicht 124b ist vorzugsweise aufgebaut aus n++-GeSiSn.
  • Oben auf den Tunneldiodenschichten 124a/124b ist eine Fensterschicht 125 abgeschieden, vorzugsweise n+-GeSiSn, obwohl andere Materialien auch verwendet werden könnten. Allgemein gesagt gilt Folgendes: Die Fensterschicht 125, verwendet in der Subzelle E, arbeitet zur Reduktion des Interface-Rekombinationsverlustes. Der Fachmann erkennt, dass zusätzliche Schichten oder eine zusätzliche Schicht hinzugefügt oder weggelassen werden können bzw. kann bei der Zellenstruktur, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Oben auf der Fensterschicht 125 werden die Schichten der Subzelle E abgeschieden: Die n+-Typ-Emitterschicht 126 und p-Typ-Basisschicht 127. Diese Schichten sind vorzugsweise aufgebaut aus Ge, obwohl auch andere geeignete Materialien, konsistent mit den Gitterkonstanten und Bandabstandserfordernissen, verwendet werden könnten. Die Bildung der Junction oder der Verbindungsschicht in der Subzelle e kann implementiert werden durch die Diffusion von as und P in die Ge-Schicht. Das Dotierprofil der Schichten 126 und 127 in einem Ausführungsbeispiel wird in Verbindung mit 16 diskutiert. Die Subzelle E besitzt vorzugsweise einen Bandabstand von annähernd 0,73 eV.
  • Wie in Verbindung mit 3 diskutiert werden wird, ist eine BSF-Schicht 128, vorzugsweise bestehend aus p+-Typ-GeSiSn, sodann oben auf der Subzelle E abgeschieden, wobei die BSF-Schicht die gleiche Funktion ausführt wie die BSF-Schichten 108, 113a, 118 und 123.
  • Die Bandabstände der Folge von solaren Subzellen in diesem Ausführungsbeispiel sind vorzugsweise die folgenden: Annähernd 2,05 eV für die obere Subzelle A, 1,6 eV für die Subzelle B und 1,24 eV für die Subzelle C, 0,95 eV für die Subzelle D und 0,73 eV für die Subzelle E.
  • Die Beschreibung darauf folgender Verfahrensschritte bei der Herstellung der Solarzelle im Ausführungsbeispiel der 2C wird beginnend mit der Beschreibung der 3 und den darauf folgenden Figuren vorgenommen. Zwischenzeitlich werden andere Ausführungsbeispiele der Multijunction-Solarzellen-Halbleiterstruktur beschrieben.
  • 2D zeigt die Multijunction-Solarzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nach der sequenziellen Bildung oder Formung der sechs Subzellen A, B, C, D, E und F auf einem GaAs-Wachstumssubstrat. Insbesondere ist ein Substrat 101 gezeigt, welches vorzugsweise Galliumarsenid (GaAs) ist, aber auch aus Germanium (G) oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein könnte.
  • Die Zusammensetzung und die Beschreibung des Substrats 101 und der Schichten 102 bis 110 und der Schichten 120 bis 128 sind im Wesentlichen ähnlich zu denjenigen Beschreibungen in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der 2C, wobei aber unterschiedliche elementare Zusammensetzungen oder Dotiermittelkonzentrationen unterschiedlicher Bandabstände bewirken, was aber hier nicht nochmals beschrieben werden muss.
  • Es sei nunmehr auf das Ausführungsbeispiel gemäß 2D eingegangen. Oben auf der Fensterschicht 110 sind die Schichten der Subzelle B abgeschieden: Die n+-Typ-Emitterschicht 111b und die p-Type-Basisschicht 112b. Diese Schichten sind vorzugsweise aufgebaut aus n+-Typ-lnGaP bzw. p-Typ-InGaP, obwohl auch andere geeignete Materialien, konsistent mit den Gitterabstand- und den Bandabstandserfordernissen verwendet werden könnten. Die Subzelle B hat vorzugsweise einen Bandabstand von annähernd 1,74 eV.
  • Oben auf der Basisschicht 112b ist eine Rückoberflächenfeld („BSF“)-Schicht 113b, vorzugsweise AlGaAs, abgeschieden und zur Verminderung des Rekombinationsverlustes verwendet.
  • Oben auf der BSF-Schicht 113b ist eine Folge von stark dotierten p-Typ- und n-Typ-Schichten 114c und 114d, die eine Tunneldiode bilden, abgeschieden, wobei die Tunneldiode ein Ohmsches Schaltungselement darstellt, welches die Subzelle B mit der Subzelle C verbindet. Die Schicht 114c ist vorzugsweise aufgebaut aus p++-AlGaAs und die Schicht 114d ist vorzugsweise aufgebaut aus n++-AlGaInP.
  • Oben auf den Tunneldiodenschichten 114c/114d ist eine Fensterschicht 115a abgeschieden, vorzugsweise n+-InAlP, obwohl andere Materialien auch verwendet werden könnten. Allgemein gesagt gilt: Die in der Subzelle C verwendete Fensterschicht 115a arbeitet zur Reduktion des Interface-Rekombinationsverlustes. Dem Fachmann ist klar, dass eine zusätzliche Schicht oder zusätzliche Schichten hinzugefügt oder weggelassen werden können bei der Zellenstruktur, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Oben auf der Fensterschicht 115a werden die Schichten der Subzelle C abgeschieden: Die n+-Typ-Emitterschicht 116a und die p-Typ-Basisschicht 117a. Diese Schichten sind vorzugsweise aufgebaut aus n+-Typ-InGaAsP bzw. p-Typ-InGaAsP, obwohl auch andere geeignete Materialien mit konsistenten Gitterkonstanten- und Bandabstandserfordernissen verwendet werden können. Die Subzelle C hat vorzugsweise einen Bandabstand von annähernd 1,42 eV.
  • Oben auf der Basisschicht 117a wird eine Rückoberflächenfeldschicht („BSF"-Schicht) 118a, vorzugsweise p+-AIGaAs, abgeschieden zur Reduktion des Rekombinationsverlustes verwendet.
  • Oben auf der BSF-Schicht 118a wird eine Folge von stark dotierten p-Typ- und n-Typ-Schichten 119c und 119d abgeschieden, die eine Tunneldioden bilden, d.h. ein Ohmsches Schaltungselement, welches die Subzelle C mit der Subzelle D verbindet. Die Schicht 119c ist vorzugsweise aufgebaut aus p++-AlGaAs oder GeSiSn und die Schicht 119d ist vorzugsweise aufgebaut aus n++-GaAs oder GeSiSn.
  • Oben auf den Tunneldiodenschichten 119c/119d ist eine Fensterschicht 120 abgeschieden, vorzugsweise aus n+-GeSiSn, obwohl auch andere Materialien verwendet werden könnten. Allgemein gesagt gilt: Die Fensterschicht 120, verwendet in der Subzelle D, arbeitet zur Reduktion des Interface-Rekombinationsverlustes. Es ist klar für den Fachmann, dass eine oder weitere zusätzliche Schichten hinzugefügt oder weggelassen werden könnten bei der Zellenstruktur, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Wie oben erwähnt, sind die Schichten 120-128 ähnlich denjenigen, die in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der 2C beschrieben wurden, aber mit unterschiedlichen Elementzusammensetzung oder Dotiermittelkonzentrationen, um unterschiedliche Bandabstande zu erreichen, wobei dies hier nicht wiederholt werden muss. Somit besitzt bei diesem Ausführungsbeispiel die Subzelle D vorzugsweise einen Bandabstand von annähernd 1,13 eV und die Subzelle E besitzt vorzugsweise einen Bandabstand von annähernd 0,91 eV.
  • Oben auf der BSF-Schicht 128, aufgebaut aus p-Typ-GeSiSn, ist eine Folge von stark dotierten p-Typ- und n-Typ-Schichten 129a und 129b abgeschieden, die eine Tunneldiode bilden, d.h. ein Ohmsches Schaltungselement, welches die Subzelle E mit der Subzelle F verbindet. Die Schicht 129a ist vorzugsweise aufgebaut aus p++-GeSiSn und die Schicht 129b ist vorzugsweise aufgebaut aus n++-GeSiSn.
  • Oben auf den Tunneldiodenschichten 129a/129b ist eine Fensterschicht 130 abgeschieden, vorzugsweise aus n+-GeSiSn, obwohl auch andere Materialien verwendet werden könnten. Allgemein gesagt gilt Folgendes: Die Fensterschicht 130, verwendet in der Subzelle F, arbeitet zur Reduktion des Interface-Rekombinationsverlustes. Der Fachmann erkennt, dass eine oder mehrere Schichten hinzugefügt oder weggelassen werden könnten bei dem Aufbau der Zellenstruktur, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Oben auf der Fensterschicht 130 sind die Schichten der Subzelle F abgeschieden: Die n+-Typ-Emitterschicht 131 und p-Typ-Basisschicht 132. Diese Schichten sind vorzugsweise aufgebaut aus n+-Typ-Ge bzw. p-Typ-Ge, obwohl auch andere geeignete Materialien, konsistent hinsichtlich Gitterkonstanten- und Bandabstandserfordernissen, verwendet werden könnten. Die Subzelle F vorzugsweise besitzt einen Bandabstand von annähernd 0,7 eV. Das Dotierprofil der Emitter- und Basisschichten in einem Ausführungsbeispiel wird in Verbindung mit 16 diskutiert.
  • Wie in Verbindung mit 3 beschrieben werden wird, wird sodann eine BSF-Schicht 133, vorzugsweise aufgebaut aus p+-Typ-GeSiSn, oben auf der Subzelle F abgeschieden, wobei die BSF-Schicht die gleiche Funktion wie die BSF-Schichten 108, 113a, 118, 123 und 128 ausführt.
  • Die Bandabstände der Folge von solaren Subzellen in diesem Ausführungsbeispiel sind vorzugsweise annähernd 2,15 eV für die obere Subzelle A, 1,74 eV für die Subzelle B und 1,412 eV für die Subzelle C, 1,13 eV für die Subzelle D, 0,91 eV für die Subzelle E und 0,7 für die Subzelle F.
  • Die Beschreibung von darauf folgenden Verarbeitungsschritten bei der Herstellung der Solarzelle in dem Ausführungsbeispiel der 2D wird beschrieben beginnend mit der Beschreibung der 3 und den darauf folgenden Figuren. Inzwischen wird eines oder mehrere Ausführungsbeispiele der Multijunction-Solarzellen-Halbleiterstruktur beschrieben.
  • 2E zeigt die Multijunction-Solarzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung nach der sequenziellen Bildung der sieben Subzellen A, B, C, D, E, F und G auf einem GaAs-Wachstumssubstrat. Insbesondere ist ein Substrat 101 gezeigt, welches vorzugsweise Galliumarsenid (GaAs) ist, wobei aber auch Germanium (Ge) oder ein anderes geeignetes Material verwendet werden könnte.
  • Die Zusammensetzung und die Beschreibung des Substrats 101 und die Schichten 102 bis 118a und die Schichten 125 bis 133 sind im Wesentlichen ähnlich den Schichten, die in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der 2D beschrieben wurden, wobei aber unterschiedliche Elementzusammensetzungen oder Dotiermittelkonzentrationen verwendet werden, um unterschiedliche Bandabstände zu erreichen, was hier aber nicht wiederholt werden muss. Insbesondere in dem Ausführungsbeispiel der 2E kann der Bandabstand der Subzelle C annähernd 1,6 eV betragen und in der Folge von Schichten 125 bis 133 kann der Bandabstand der Subzelle E annähernd 1,13 eV betragen und der Bandabstand der Subzelle F kann annähernd 0,91 eV sein.
  • Es sei nunmehr auf das Ausführungsbeispiel gemäß 2E eingegangen. Oben auf der BSF-Schicht 118a, aufgebaut aus AlGaAs, ist eine Folge von stark dotierten p-Typ- und n-Typ-Schichten 119e und 119f abgeschieden, die eine Tunneldiode bilden, d.h. Ohmsches Schaltungselement, welches die Subzelle C mit der Subzelle D verbindet. Die Schicht 119e ist vorzugsweise aufgebaut aus p++-AIGaAs und die Schicht 119f ist vorzugsweise aufgebaut auf n++-InGaP.
  • Oben auf den Tunneldiodenschichten 119e/119f ist eine Fensterschicht 120 abgeschieden, vorzugsweise aus n+InAIP, obwohl auch andere Materialien verwendet werden könnten. Allgemein gesagt gilt Folgendes: Die Fensterschicht 120a, verwendet in der Subzelle D, arbeitet zur Verringerung des Interface-Rekombinationsverlustes. Der Fachmann erkennt, dass eine oder mehrere zusätzliche Schichten hinzugefügt oder weggelassen werden könnten zu der Zellenstruktur, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen,.
  • Oben auf der Fensterschicht 120a werden die Schichten der Subzelle D abgeschieden: Die n+-Typ-Emitterschicht 121a und die p-Typ-Basisschicht 122a. Diese Schichten sind vorzugsweise aufgebaut aus n+-Typ-GaAs bzw. p-Typ-GaAs, obwohl irgendwelche anderen Materialien verwendet werden können, die mit den Bandabstands- und Gitterkonstantenerfordernissen vereinbar sind. Die Subzelle D besitzt vorzugsweise einen Bandabstand von annähernd 1,42 eV.
  • Oben auf der Basisschicht 122a ist eine Rückseitenfeldschicht („BSF“) 123a, vorzugsweise aus p+-AIGaAs, abgeschieden und wird zur Verminderung des Rekombinationsverlustes eingesetzt.
  • Oben auf der BSF-Schicht 123a ist eine Folge von stark dotierten p-Typ- und n-Typ-Schichten 124c und 124d abgeschieden, die eine Tunneldiode formen, d.h. ein Ohmsches Schaltungselement, das die Subzelle D mit der Subzelle E verbindet. Die Schicht 124c ist vorzugsweise aufgebaut aus p++-GeSiSn oder AlGaAs, und die Schicht 124d ist vorzugsweise aufgebaut aus n++-GeSiSn oder GaAs.
  • Oben auf den Tunneldiodenschichten 129d/129e ist eine Fensterschicht 130 abgeschieden, und zwar aufgebaut aus n+-Typ-GeSiSn. Wie oben bemerkt, sind die Schichten 125 bis 133 im Wesentlichen ähnlich zu denen, die in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der 2D beschrieben wurden, aber mit unterschiedlichen Elementarzusammensetzungen oder Dotiermittelkonzentrationen, um unterschiedliche Bandabstände zu erhalten, so dass diese Beschreibung hier nicht wiederholt werden muss. In diesem Ausführungsbeispiel hat die Subzelle E vorzugsweise einen Bandabstand von annähernd 1,13 eV und die Subzelle F hat vorzugsweise einen Bandabstand von annähernd 0,91 eV.
  • Wiederum auf das in 2E gezeigte Ausführungsbeispiel zurückkommend, sei bemerkt, dass oben auf der BSF-Schicht 133, aufgebaut aus GeSiSn, eine Folge von stark dotierten p-Typ- und n-Typ-Schichten 134a und 134b abgeschieden ist, die eine Tunneldiode bilden, d.h. ein Ohmsches Schaltungselement, das die Subzelle F mit der Subzelle G verbindet. Die Schicht 134a ist vorzugsweise aus p++-GeSiSn aufgebaut und die Schicht 134b besteht vorzugsweise aus n++-GeSiSn.
  • Oben auf den Tunneldiodenschichten 134a/134b ist eine Fensterschicht 135 abgeschieden, vorzugsweise n+-GeSiSn, obwohl auch andere Materialien verwendet werden könnten. Allgemein gesagt gilt Folgendes: Die Fensterschicht 135, verwendet in der Subzelle G, arbeitet zur Reduktion des Interface-Rekombinationsverlustes. Der Fachmann erkennt, dass eine oder mehrere zusätzliche Schichten hinzugefügt oder weggelassen werden können bei der Zellenstruktur, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Oben auf der Fensterschicht 135 sind die Schichten der Subzelle G abgeschieden: Die n+Typ-Emitterschicht 136 und p-Typ-Basisschicht 137. Diese Schichten sind vorzugsweise aufgebaut aus n+-Typ-GeSiSn bzw. p-Typ-GeSiSn, obwohl auch andere geeignete Materialien in Übereinstimmung mit den Anforderungen hinsichtlich Gitterkonstanten- und Bandabstandserfordernissen verwendet werden könnten. Die Subzelle B vorzugsweise besitzt einen Bandabstand von annähernd 0,73 eV. Das Dotierprofil der Emitter- und Basisschichten in einem Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf die 16 diskutiert.
  • 3 ist ein außerordentlich vereinfachter Querschnitt der Solarzellenstruktur irgendeines der Ausführungsbeispiele der 2A, 2B, 2C, 2D oder 2E, wobei die obere BSF-Schicht der Solarzellenstruktur dargestellt ist, die in dieser 3 und in folgenden Figuren unbenannt ist, als BSF-Schicht 146, abgeschieden über der Basisschicht der letzten abgeschiedenen Subzelle. Die BSF-Schicht 146 repräsentiert daher die BSF-Schicht 118, 123, 128, 133 oder 138, gezeigt und beschrieben in Verbindung mit den 2A bzw. 2B bzw. 2C bzw. 2D oder 2E.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 3 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem eine einen hohen Bandabstand besitzende Kontaktschicht 147, vorzugsweise aufgebaut aus einem geeigneten p++-Typ-Material, auf der BSF-Schicht 146 abgeschieden ist. Diese Kontaktschicht 147, abgeschieden auf der Bodenseite (nicht beleuchtet) der den niedrigsten Bandabstand besitzenden photovoltaischen Subzelle in einer Multijunctionphotovoltaischen-Zelle, kann in geeigneter Weise formuliert oder aufgebaut sein, um die Absorption des Lichtes zu reduzieren, welches durch die Zelle läuft, so dass (i) eine darauf folgend abgeschiedene Ohmsche Metallkontaktschicht unterhalb (d.h. zu der nicht beleuchteten Seite hin) der Kontaktschicht auch als eine Spiegelschicht arbeitet, und (ii) die Kontaktschicht selektiv weggeätzt werden muss, um Absorption in der Schicht zu verhindern.
  • Der Fachmann erkennt, dass eine oder mehrere zusätzliche Schichten hinzugefügt oder weggelassen werden können bei der Zellenstruktur, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • 4 zeigt ferner den nächsten Verfahrensschritt, bei dem eine Metallkontaktschicht 148 über der p++-Halbleiterkontaktschicht 147 abgeschieden wird. Das Metall ist vorzugsweise die Folge von Metallschichten Ti/Au/Ag/Au oder Ti/Pd/Ag, obwohl irgendwelche anderen geeigneten Folgen und Materialien ebenfalls verwendet werden könnten.
  • Das gewählte Metallkontaktschema ist eines, das eine ebene oder planare Zwischenschicht (Interface) besitzt, und zwar mit dem Halbleiter nach der Wärmebehandlung zur Aktivierung des Ohmschen Kontakts. Dies erfolgt derart, dass (i) eine dielektrische Schicht, die das Metall von dem Halbleiter trennt, nicht abgeschieden und selektiv geätzt werden muss in den Metallkontaktgebieten oder Flächen und (ii) die Kontaktschicht spiegelnd reflektiert über den Wellenlängenbereich von Interesse.
  • 5 ist ein Querschnitt der Solarzelle der 4 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem eine Verbindungsschicht 149 über der Metallkontaktschicht 148 abgeschieden wird. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verbindungs- oder Klebeschicht 149 ein Klebemittel, vorzugsweise Wafer Bond (hergestellt von Brewer Science, Inc. In Rolla, MO, USA), obwohl auch andere geeignete Binde- oder Klebemittel verwendet werden könnten.
  • In dem nächsten Verarbeitungsschritt wird ein Surrogatsubstrat 150, vorzugsweise Saphir, über der Verbindungsschicht angebracht. Alternativ kann das Surrogatsubstrat GaAs, Ge oder Si oder ein anderes geeignetes Material sein. Das Surrogatsubstrat 150 ist vorzugsweise ungefähr 1016 Mikrometer (40 Mils oder 40 x 10-3 Zoll) dick und im Falle von Ausführungsbeispielen, in denen das Surrogatsubstrat entfernt werden muss, ist es perforiert mit Löchern von ungefähr 1 mm im Durchmesser, beabstandet mit 4 mm, um so bei der darauf folgenden Entfernung des Klebemittels und des Substrats mitzuhelfen.
  • 6A ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 5 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem das Originalsubstrat entfernt wird, und zwar durch eine Folge von Lappen, Schleifen und/oder Ätzschritten, in denen das Substrat 101 und die Pufferschicht 102 entfernt werden. Die Wahl eines speziellen Ätzmittels hängt von dem Wachstumssubstrat ab. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Substrat 101 entfernt werden durch einen Epitaxial-Abhebeprozess, wie in der US 2010 / 0 203 730 A1 mit der Anmeldenummer 12/367,991 , eingereicht am 9. Februar 2009, beschrieben ist, was hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
  • 6B ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 6A mit der Orientierung, wobei das Surrogatsubstrat 150 an dem Boden in der Figur angeordnet ist. Darauf folgende Figuren in dieser Anwendung verwenden diese Orientierung.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 6B nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem die Ätzstoppschicht 103 durch eine HCl/H2O-Lösung entfernt wird.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 7 nach der nächsten Folge von Verarbeitungsschritten, in denen eine (nicht gezeigte) Photoresist-Schicht über der Halbleiterkontaktschicht 104 platziert ist. Die Photoresist-Schicht ist lithographisch gemustert mit einer Maske, um die Stellen der Gitterlinien 501 zu bilden, wobei Teile der Photoresist-Schicht, wo die Gitterlinien geformt werden sollen, entfernt werden, und eine Metallkontaktschicht wird dann durch Verdampfung oder ähnliche Prozesse über sowohl der Photoresist-Schicht und die Öffnungen der Photoresist-Schicht abgeschieden werden, wo die Gitterlinien zu formen sind. Der Photoresist-Schichtteil, der die Kontaktschicht 104 abdeckt, wird sodann abgehoben, um die fertigen Metallgitterlinien 501, wie sie in der Figur gezeigt sind, zurückzulassen. Eine vollständigere Beschreibung ergibt sich aus der Druckschrift US 2010 / 0 012 175 A1 mit der Anmeldenummer 12/218,582 , eingereicht am 18. Juli 2008, wobei diese Anmeldung durch Bezugnahme aufgenommen wird, wobei insbesondere auf die Gitterlinien 501 Bezug genommen wird, die vorzugsweise aus der Folge von Schichten Pd/Ge/Ti/Pd/Au aufgebaut sind, obwohl auch andere Materialien verwendet werden können.
  • 9 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 8 nach dem nächsten Verfahrensschritt, in dem die Gitterlinien 501 als eine Maske verwendet werden, um die Oberfläche zur Fensterschicht 105 herabzuätzen unter Verwendung einer Zitronensäure/Peroxid-Ätzmischung.
  • 10A ist eine Draufsicht auf einen 100 mm (oder 4 Zoll)-Wafer, in dem vier Solarzellen implementiert sind. Die vier Zellen sind nur aus Gründen der Darstellung vorgesehen und die vorliegende Erfindung ist nicht auf irgendeine Anzahl von Zellen pro Wafer eingeschränkt.
  • In jeder Zelle gibt es Gitterlinien 501 (insbesondere im Querschnitt in 9 gezeigt) einer Zwischenverbindungsbusleitung 502 und einem Kontaktanschluss 503. Die Geometrie und die Anzahl der Gitter- und Buslinien oder Leitungen und der Kontaktanschlüsse ist lediglich veranschaulichend aufzufassen und die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
  • 10B ist eine Bodenansicht oder eine Ansicht von unten des Wafers der 10A.
  • 10C ist eine Draufsicht auf einen 100 mm (oder 4 Zoll)-Wafer, in dem zwei Solarzellen implementiert sind. In einigen Ausführungsbeispielen besitzt jede Solarzelle eine Fläche von annähernd 26,3 cm2.
  • 11 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 9 nach dem nächsten Verfahrensschritt, in dem eine antireflektive (ARC = antireflective) dielektrische Beschichtungsschicht 160 über der gesamten Oberfläche der „oberen“ Seite des Wafers mit den Gitterlinien oder -leitungen 501 aufgebracht ist.
  • 12A ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 11 nach dem nächsten Verarbeitungsschritt gemäß der Erfindung, in dem erste und zweite Ringkanäle 510 und 511 oder Teile der Halbleiterstruktur zu der Metallschicht 148 herabgeätzt werden, und zwar unter Verwendung von Phosphid- und Arsenid-Ätzmitteln. Diese Kanäle, wie dies im Einzelnen in der Druckschrift US 2010 / 0 041 178 A1 mit der Anmeldenummer 12/190,449 , eingereicht am 12. August 2008, beschrieben ist, definieren eine Umfangsgrenze zwischen der Zelle und einem umgebenden Mesa 516 und einem Umfangsmesa 517 an der Kante des Wafers und lassen eine Mesastruktur 518 zurück, die die Solarzelle bildet. Der in 12A gezeigte Querschnitt ist somit von der A-A-Ebene, gezeigt in 13A, gesehen.
  • 12B ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 12A nach dem nächsten Verarbeitungsschritt, in dem der Kanal 511 einem Metallätzmittel ausgesetzt wird, wobei die Schicht 123 im Kanal 511 entfernt wird und Kanal 511 tiefenmäßig annähernd zu der oberen Oberfläche der Verbindungsschicht 149 erstreckt wird.
  • 13A ist eine Draufsicht auf den Wafer der 10A, wobei die Kanäle 510 und 511 geätzt um den Umfang jeder Zelle herum dargestellt sind.
  • 13B ist eine Draufsicht auf den Wafer der 10C, wobei die Kanäle 510 und 511 dargestellt sind, und zwar um den Umfang jeder Zelle herum geätzt.
  • 14A zeigt einen Querschnitt der Solarzelle der 12B, nachdem die Einzelnen Solarzellen (Zelle 1, Zelle 2, usw., gezeigt in 13) aus dem Wafer herausgeschnitten sind durch den Kanal 511 unter Zurücklassung einer Vertikalkante 512, die sich durch das Surrogatsubstrat 150 erstreckt. In diesem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet das Surrogatsubstrat 150 den Träger für die Solarzelle in Anwendungsfällen, wo ein Abdeckglas (wie es in dem unten zu beschreibenden dritten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist), nicht erforderlich ist. In einem Ausführungsbeispiel wird der elektrische Kontakt zu der Metallkontaktschicht 148 durch den Kanal 510 hergestellt.
  • 14B ist ein Querschnitt der Solarzelle der 12B nach dem nächsten Verarbeitungsschritt in einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem das Surrogatsubstrat 150 in geeigneter Weise verdünnt wird, und zwar auf eine relativ dünne Schicht 150a, durch Schleifen, Lappen oder Ätzen. Die individuellen Solarzellen (Zelle 1, Zelle 2, usw, gezeigt in 13A) werden aus dem Wafer durch den Kanal 511 herausgeschnitten, wobei eine Vertikalkante 515 zurückbleibt, die sich durch das Surrogatsubstrat 150a erstreckt. In diesem Ausführungsbeispiel bildet die dünne Schicht 150a einen Träger für die Solarzelle in Anwendungsfällen, wo ein Abdeckglas, wie es bei dem noch zu beschreibenden dritten Ausführungsbeispiel vorgesehen wird, nicht erforderlich ist. In einem Ausführungsbeispiel kann der elektrische Kontakt mit der Metallkontaktschicht 148 durch den Kanal 510 vorgesehen werden.
  • 14C ist ein Querschnitt der Solarzelle der 12B nach dem nächsten Verarbeitungsschritt einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in dem ein Abdeckglas 514 oben an der Zelle durch ein Klebemittel 513 befestigt wird. Das Abdeckglas 514 ist typischerweise ungefähr 101,6 Mikrometer (4 Mils oder 4 x 10-3 Zoll) dick und deckt vorzugsweise den gesamten Kanal 510 ab, erstreckt sich über einen Teil der Mesa 516, aber erstreckt sich nicht zu dem Kanal 511. Obwohl die Verwendung eines Abdeckglases für viele Umweltbedingungen und Anwendungen erwünscht ist, ist es nicht für alle Anwendungen erforderlich und zusätzliche Schichten oder Strukturen können auch verwendet werden, um zusätzliche Halterung oder Schutz gegenüber der Umwelt für die Solarzelle vorzusehen.
  • 14D ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 14A nach dem nächsten Verarbeitungsschritt in einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, wo die Verbindungsschicht (bond layer) das Surrogatsubstrat 190 und der Umfangsteil 517 des Wafers vollständig entfernt sind, was nur die Solarzelle mit der ARC-Schicht 160 (oder anderen Schichten oder Strukturen) oben zurücklässt und ferner die Metallkontaktschicht 148 am Boden, wobei die Metallkontaktschicht 148 den Rückseitenkontakt der Solarzelle bildet. Das Surrogatsubstrat ist vorzugsweise durch die Verwendung eines „Wafer Bond“-Lösungsmittels entfernt. Wie oben erwähnt, weist das Surrogatsubstrat Perforationen über seiner Oberfläche auf, die gestatten, dass Lösungsmittel durch die Perforationen in dem Surrogatsubstrat 150 fließt, um dessen Abhebung zu gestatten. Nach der Abhebung kann das Surrogatsubstrat wiederum bei darauf folgenden Wafer-Verarbeitungsvorgängen verwendet werden.
  • 15 ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle der 14C nach dem nächsten Verarbeitungsschritt in einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, in denen die Verbindungsschicht 124, das Surrogatsubstrat 150 und der Umfangsteil 517 des Wafers vollständig entfernt werden, was nur die Solarzelle mit dem Abdeckglas 514 (oder andere Schichten oder Strukturen) obenauf zurücklässt und die Schicht am Boden. Das Surrogatsubstrat wird vorzugsweise durch die Verwendung eines „Wafer Bond“-Lösungsmittels entfernt. Wie oben bemerkt, weist das Surrogatsubstrat Perforationen über seine gesamte Oberfläche hinweg auf, die gestatten, dass das Strömungsmittel durch das Surrogatsubstrat 150 fließt, um seine Abhebung zu gestatten. Nach der Abhebung kann das Surrogatsubstrat in darauf folgenden Wafer-Verarbeitungsschritten wieder verwendet werden.
  • 16 ist eine graphische Darstellung eines Dotierprofils in den Emitter- und Basisschichten in einer oder mehreren Subzellen der invertierten metamorphischen Multijunction-Solarzelle der Erfindung. Die verschiedenen Dotierprofile innerhalb des Rahmens der Erfindung und die Vorteile solcher Dotierprofile werden im Einzelnen in der Druckschrift US 2009 / 0 155 952 A1 mit der Anmeldenummer 11/956,069 , eingereicht am 13. Dezember 2007, beschrieben, wobei diese Anmeldung mit Bezugnahme hier aufgenommen ist. Die Dotierprofile, die hier gezeigt sind, sind lediglich veranschaulichend zu verstehen und andere kompliziertere Profile können verwendet werden, wie der Fachmann dies erkennt, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Man erkennt, dass jedes der oben beschriebenen Elemente oder zwei oder mehr zusammen auch eine brauchbare Anwendung finden können bei anderen Typen von Konstruktionen, die von hier beschriebenen Konstruktionstypen sich unterscheiden.
  • Weiterhin 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 seitlich 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 mit Zwischenschaltungen verbunden sein, die diese zusätzliche 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.
  • Wie oben erwähnt, kann die vorliegende Erfindung eine Anordnung von einer oder mehreren oder sämtlichen Homo-Junction-Zellen oder Subzellen verwenden, d.h. eine Zelle oder Subzelle, in der pn-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 Dotiermittelart und den Typen unterscheiden, und wobei eine oder mehrere Hetero-Junction-Zellen oder Subzellen vorgesehen sein können. Die Subzelle A mit p-Typ- und n-Typ-InGaP ist ein Beispiel einer Homo-Junction-Subzelle. Alternativ, wie dies insbesondere in der Druckschrift US 2009 / 0 078 310 A1 mit der Anmeldenummer 12/023,772 , eingereicht am 31. Januar 2008, beschrieben ist, kann die Erfindung ein oder mehrere oder alle Hetero-Junction-Zellen oder Subzelle verwenden, d.h. eine Zelle oder Subzelle, in der der pn-Übergang gebildet wird durch einen p-Typ-Halbleiter und einen n-Typ-Halbleiter mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen des Halbleitermaterials in den n-Typ-Zonen und/oder unterschiedlichen Bandabstandsenergien in den p-Typ-Zonen oder Regionen, und zwar zusätzlich zur Verwendung unterschiedlicher Dotiermittel-Arten und der Art der p-Typ- und n-Typ-Regionen bzw. Zonen, die die den pn-Übergang bilden.
  • 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 Schicht unterdrückt 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. Einige derartige Konfigurationen sind speziell beschrieben in der Druckschrift US 2009 / 0 272 438 A1 mit der Anmeldenummer 12/253,051 , eingereicht am 16. Oktober 2008.
  • 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, AIP, AlGaInP, AlGaAsP, AlGalnAs, AIGalnPAs, GaInP, GaInAs, GalnPAs, AlGaAs, AlInAs, AlInPAs, GaAsSb, AlAsSb, GaAlAsSb, AllnSb, GalnSb, AlGaInSb, AIN, GaN, InN, GalnN, Al-GalnN, GaInNAs, AIGalnNAs, ZnSSe, CdSSe und ähnliche Materialien, die in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.

Claims (18)

  1. Ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, wobei Folgendes vorgesehen ist: Vorsehen eines Halbleiterwachstumssubstrats; Abscheiden, auf dem Halbleiterwachstumssubstrat einer Folge von Schichten aus Halbleitermaterial, die eine Solarzelle bilden, und zwar einschließlich einer Subzelle, die durch GeSiSn gebildet ist; Entfernen des Halbleiterwachstumssubstrats; Formen von Fenster- und BSF-Schichten, gebildet aus GeSiSn, benachbart zur Subzelle.
  2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei die GeSiSn-Subzelle einen Bandabstand im Bereich von 0,73 eV bis 1,2 eV besitzt.
  3. Ein Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Subzelle, aufgebaut aus Germanium und abgeschieden über der erwähnten GeSiSn-Subzelle, vorgesehen ist.
  4. Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Folge von Schichten eine erste GeSiSn-Subzelle mit einem Bandabstand im Bereich von 0,91 eV bis 0,95 eV aufweist und eine zweite GeSiSn-Subzelle mit einem Bandabstand im Bereich von 1,13 eV bis 1,24 eV.
  5. Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Abscheidens einer Folge von Schichten von Halbleitermaterial Folgendes aufweist: Ausbildung einer ersten solaren Subzelle auf dem Halbleiterwachstumssubstrat mit einem ersten Bandabstand; Formen einer zweiten solaren Subzelle über der ersten Subzelle mit einem zweiten Bandabstand kleiner als dem ersten Bandabstand; und Formen einer dritten solaren Subzelle über der erwähnten zweiten solaren Subzelle mit einem dritten Bandabstand, der kleiner ist als der zweite Bandabstand.
  6. Ein Verfahren nach Anspruch 5, wobei ferner Folgendes vorgesehen ist: Formen einer vierten solaren Subzelle mit einem vierten Bandabstand kleiner als dem dritten Bandabstand, wobei die vierte solare Subzelle an die dritte solare Subzelle gitterangepasst ist.
  7. Ein Verfahren nach Anspruch 5, wobei ferner Folgendes vorgesehen ist: Formen einer fünften solaren Subzelle über der erwähnten vierten solaren Subzelle mit einem fünften Bandabstand, der kleiner ist als der vierte Bandabstand.
  8. Ein Verfahren nach Anspruch 7, wobei ferner Folgendes vorgesehen ist: Formen einer sechsten solaren Subzelle über der erwähnten fünften solaren Subzelle, und zwar mit einem sechsten Bandabstand, der kleiner ist als der fünfte Bandabstand.
  9. Ein Verfahren nach Anspruch 8, wobei ferner Folgendes vorgesehen ist: Formen einer siebten solaren Subzelle über der erwähnten sechsten solaren Subzelle mit einem siebten Bandabstand, der kleiner ist als der sechste Bandabstand.
  10. Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner Folgendes vorgesehen ist: Aufbringen einer Verbindungs- oder Klebeschicht über der Folge von Schichten aus Halbleitermaterial; und Anbringung eines Surrogatsubstrats an der Klebe- oder Verbindungsschicht.
  11. Ein Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Halbleiterwachstumssubstrat durch Schleifen, Ätzen oder epitaxiales Abheben entfernt wird, nachdem das Surrogatsubstrat angebracht ist.
  12. Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Halbleiterwachstumssubstrat ausgewählt ist aus der aus Folgendem bestehenden Gruppe: GaAs und Ge.
  13. Ein Verfahren nach Anspruch 5, wobei die erste solare Subzelle aufgebaut ist aus einer InGa(Al)P-Emitterzone einer InGa(Al)P-Basiszone, wobei ferner die zweite solare Subzelle aufgebaut ist aus GaAs, InGaAsP oder InGaP; und wobei schließlich die dritte solare Subzelle aufgebaut ist aus GeSiSn, InGaP oder GaAs.
  14. Ein Verfahren nach Anspruch 6, wobei die vierte solare Subzelle aufgebaut ist aus Ge, GeSiSn oder GaAs.
  15. Ein Verfahren nach Anspruch 7, wobei die erwähnte fünfte solare Subzelle aufgebaut ist aus Ge oder GeSiSn.
  16. Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Verbindung oder eine Junction aus GeSiSn zur Bildung einer photovoltaischen Subzelle durch die Diffusion von As und/oder P in das GeSiSn gebildet wird.
  17. Ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, wobei Folgendes vorgesehen ist: Vorsehen eines Halbleiterwachstumssubstrats; Abscheiden einer Folge von Schichten aus Halbleitermaterial auf dem Halbleiterwachstumssubstrat zur Bildung einer Solarzelle einschließlich mindestens einer Subzelle, die Subzelle umfassend eine Schicht, aufgebaut aus GeSiSn, und eine Schicht, aufgebaut aus Ge aufgewachsen über der GeSiSn-Schicht; Formen von Fenster- und BSF-Schichten, gebildet aus GeSiSn, benachbart zur Subzelle; Anbringen einer Metallkontaktschicht über der Folge von Schichten; und Anbringen eines Tragglieds direkt über der erwähnten Metallkontaktschicht.
  18. Eine Multijunction-Solarzelle, die Folgendes aufweist: eine erste solare Subzelle, aufgebaut aus InGaP oder InGaAIP und mit einem ersten Bandabstand; eine zweite solare Subzelle, aufgebaut aus GaAs, InGaAsP oder InGaP und angeordnet über der ersten solaren Subzelle mit einem zweiten Bandabstand, der kleiner ist als der erste Bandabstand und gitterangepasst an die erwähnte erste solare Subzelle; eine dritte solare Subzelle, aufgebaut aus GeSiSn und angeordnet über der zweiten solaren Subzelle mit einem dritten Bandabstand kleiner als dem zweiten Bandabstand und gitterangepasst bezüglich der zweiten Subzelle; Fenster- und BSF-Schichten, gebildet aus GeSiSn, benachbart zu der dritten solaren Subzelle.
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