DE102012212447A1 - Photovoltaikeinheit mit mehreren Grenzschichten und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Ghavam G. Shahidi
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Abstract

Ein Verfahren zur Bildung einer Photovoltaikeinheit beinhaltet das Verbinden eines Substrate mit einer germaniumhaltigen Halbleiterschicht mittels einer Zugspannungsschicht, wobei die Zugspannungsschicht die germaniumhaltige Halbleiterschicht spaltet. Auf einer Spaltfläche der germaniumhaltigen Halbleiterschicht wird mindestens eine Halbleiterschicht gebildet, deren Leitungstyp dem Zeitungstyp der germaniumhaltigen Halbleiterschicht entgegengesetzt ist, um eine erste Solarzelle bereitzustellen. Die erste Solarzelle absorbiert einen ersten Wellenlängenbereich. Auf der ersten Solarzelle wird mindestens eine zweite Solarzelle gebildet, wobei die mindestens eine zweite Solarzelle aus mindestens einem Halbleitermaterial besteht, um einen zweiten Wellenlängenbereich zu absorbieren, der von dem durch die erste Solarzelle absorbierten ersten Wellenlängenbereich verschieden ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Photovoltaikeinheiten und insbesondere Photovoltaikeinheiten wie zum Beispiel Solarzellen.
  • Bei einer Photovoltaikeinheit handelt es sich um eine Einheit, die die Energie auftreffender Photonen in eine elektromotorische Kraft (EMK) umwandelt. Zu typischen Photovoltaikeinheiten zählen Solarzellen, die so beschaffen sind, dass sie die Energie der elektromagnetischen Strahlung von der Sonne in elektrische Energie umwandeln. Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades und ihrer Strahlungsbeständigkeit können Solarzellen mit mehreren Grenzschichten unterschiedlicher Halbleiterzusammensetzung im Weltraum zur Stromgewinnung verwendet werden. Solarzellen mit mehreren Grenzschichten werden aufgrund der dem Germanium (Ge) innewohnenden starken Absorptionseigenschaften in Bezug auf Infrarot(IR)-Strahlung überwiegend auf Germanium(Ge)-Substraten hergestellt. Germanium (Ge) weist auch eine Kristallstruktur auf, deren Gitterkonstanten gut zu denen von Gruppe-III/V-Materialien passen, sodass Gruppe-III/V-Teilzellen auf einem Germaniumsubstrat untergebracht werden können. Das Germaniumsubstrat kann ungefähr 50% bis 70% der Gesamtkosten der fertigen Solarzelle ausmachen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es wird ein Verfahren zur Bildung einer Photovoltaikeinheit bereitgestellt, das mindestens zwei Solarzellen beinhaltet. Bei einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren zur Bildung der Photovoltaikeinheit das Verbinden eines flexiblen Substrats mit einer germaniumhaltigen Halbleiterschicht mittels einer Zugspannungsschicht, wobei die Zugspannungsschicht die germaniumhaltige Halbleiterschicht spaltet. Auf der Spaltfläche der germaniumhaltigen Halbleiterschicht wird mindestens eine Halbleiterschicht gebildet, wobei mindestens eine Halbleiterschicht von einem Leitungstyp ist, der dem Leitungstyp der germaniumhaltigen Halbleiterschicht entgegengesetzt ist, um eine erste Solarzelle bereitzustellen. Die erste Solarzelle absorbiert einen ersten Wellenlängenbereich. Dann kann mindestens eine zweite Solarzelle auf der ersten Solarzelle gebildet werden, wobei die mindestens eine zweite Solarzelle aus mindestens einem Halbleitermaterial besteht, das einen zweiten Wellenlängenbereich absorbiert, der von dem durch die erste Solarzelle absorbierten ersten Wellenlängenbereich verschieden ist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Beschreibung eine Photozelle bereit, die aus mindestens zwei Solarzellen besteht. Bei einer Ausführungsform beinhaltet die Photovoltaikeinheit ein flexibles Substrat und eine Rückseitenkontaktstruktur auf einer oberen Fläche des flexiblen Substrats. Auf der Rückseitenkontaktstruktur kann sich eine erste Solarzelle befinden, wobei die erste Solarzelle eine kristalline germaniumhaltige Halbleiterschicht mit einer Dicke im Bereich von 100 nm bis 10 μm beinhaltet. Die erste Solarzelle absorbiert einen ersten Wellenlängenbereich. Auf der ersten Solarzelle kann sich mindestens eine zweite Solarzelle befinden. Die zweite Solarzelle kann aus mindestens einem amorphen oder kristallinen Halbleitermaterial bestehen, das so gewählt ist, dass die zweite Solarzelle einen zweiten Wellenlängenbereich absorbiert, der von dem durch die erste Solarzelle absorbierten ersten Wellenlängenbereich verschieden ist. Auf der oberen Fläche der zweiten Solarzelle kann sich eine Vorderseitenkontaktstruktur befinden.
  • Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bildung einer Photovoltaikeinheit, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Verbinden eines Substrats mit einer germaniumhaltigen Halbleiterschicht mittels einer Zugspannungsschicht, wobei die Zugspannungsschicht die germaniumhaltige Halbleiterschicht spaltet; Bilden mindestens einer Halbleiterschicht auf einer Spaltfläche der germaniumhaltigen Halbleiterschicht, wobei die mindestens eine Halbleiterschicht von einem Leitungstyp ist, der dem Leitungstyp der germaniumhaltigen Halbleiterschicht entgegengesetzt ist, um eine erste Solarzelle bereitzustellen, die einen ersten Wellenlängenbereich absorbiert; und Bilden mindestens einer zweiten Solarzelle auf der ersten Solarzelle, wobei die mindestens eine zweite Solarzelle aus mindestens einem Halbleitermaterial besteht, das einen zweiten Wellenlängenbereich absorbiert, der von dem durch die erste Solarzelle absorbierten Wellenlängenbereich verschieden ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die mindestens eine Halbleiterschicht Si, SiGe, SiC, SiGeC und eine Kombination derselben.
  • Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung eine Photovoltaikeinheit, die Folgendes umfasst:
    eine Rückseitenkontaktstruktur auf einer oberen Fläche eines flexiblen Substrats;
    eine auf der Rückseitenkontaktstruktur befindliche erste Solarzelle, wobei die erste Solarzelle eine kristalline germaniumhaltige Halbleiterschicht mit einer Dicke im Bereich von 100 nm bis 100 μm beinhaltet und die erste Solarzelle einen ersten Wellenlängenbereich absorbiert;
    mindestens eine auf der ersten Solarzelle befindliche zweite Solarzelle, wobei die mindestens zweite Solarzelle aus mindestens einem Halbleitermaterial bestehen kann, das so gewählt ist, dass die zweite Solarzelle einen zweiten Wellenlängenbereich absorbiert, der von dem durch die erste Solarzelle absorbierten Wellenlängenbereich verschieden ist; und
    eine Vorderseitenkontaktstruktur auf der oberen Fläche der mindestens einen zweiten Solarzelle.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die auf der ersten Solarzelle befindliche mindestens eine zweite Solarzelle eine p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium, wasserstoffhaltigem amorphem Siliciumcarbid, wasserstoffhaltigem amorphem Silicium-Germanium, wasserstoffhaltigem kristallinem Silicium oder einer Kombination derselben.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die auf der ersten Solarzelle befindliche mindestens eine zweite Solarzelle eine auf der ersten Solarzelle befindliche erste p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium-Germanium und eine auf der ersten Solarzelle befindliche zweite p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium, das Kohlenstoff enthalten kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die auf der ersten Solarzelle befindliche mindestens eine zweite Solarzelle eine erste p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem kristallinem Silicium auf der ersten Solarzelle, eine auf der ersten Solarzelle befindliche zweite p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium-Germanium und eine dritte auf der zweiten Solarzelle befindliche p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium, die Kohlenstoff umfasst.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die auf der ersten Solarzelle befindliche mindestens eine zweite Solarzelle eine auf der ersten Solarzelle befindliche erste p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium-Germanium, eine auf der ersten Solarzelle befindliche zweite p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium, das Kohlenstoff umfasst, und eine dritte Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Siliciumcarbid auf der zweiten Solarzelle.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die auf der ersten Solarzelle befindliche mindestens eine zweite Solarzelle eine auf der ersten Solarzelle befindliche erste p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem nano-/mikrokristallinem Silicium, eine auf der ersten Solarzelle befindliche zweite p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium, die Kohlenstoff umfasst, und eine dritte Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Siliciumcarbid auf der zweiten Solarzelle.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die mindestens eine zweite Solarzelle einen p-leitenden Pufferbereich auf der ersten Solarzelle, eine Schicht aus Kupfer/Indium/Galliumselenid, Cadmiumtellurid, CZTS (Kupfer, Zink, Zinn und Schwefel) oder CZTSe (Kupfer, Zink, Zinn, Selen) auf dem p-leitenden Pufferbereich und ein n-leitendes Cadmiumsulfid.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die folgende detaillierte Beschreibung, die nur als Beispiel dient und nicht als Einschränkung ausschließlich auf die Beschreibung zu verstehen ist, lässt sich am besten in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen, in denen gleiche Bezugsnummern gleiche Elemente und Teile bezeichnen, wobei:
  • 1 ein Diagramm des Absorptionskoeffizienten (cm–1) als Funktion der Wellenlänge (nm) für kristallines Germanium (c-Ge), kristallines Silicium (c-Si) und wasserstoffhaltiges amorphes Silicium (a-Si:H) gemäß der vorliegenden Beschreibung ist;
  • die 2 und 3 seitliche Querschnittsansichten sind, die ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung zur Bildung einer Photovoltaikeinheit zeigen, wobei das Verfahren das Verbinden eines flexiblen Substrats mit einer germaniumhaltigen Halbleiterschicht mittels einer Zugspannungsschicht beinhaltet und wobei die Zugspannungsschicht die germaniumhaltige Halbleiterschicht spaltet;
  • die 4 bis 8 seitliche Querschnittsansichten sind, die einige Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Beschreibung zur Bildung der unteren Solarzelle einer Photovoltaikeinheit mit mehreren Grenzschichten zeigen, welche die Bildung mindestens einer Halbleiterschicht auf einer Spaltfläche der germaniumhaltigen Halbleiterschicht beinhalten;
  • 9 eine seitliche Querschnittsansicht ist, die die Bildung einer zweiten Solarzelle auf der ersten Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung zeigt, wobei die zweite Solarzelle aus mindestens einem Halbleitermaterial besteht, das eine Bandlücke zum Absorbieren eines Wellenlängenbereichs aufweist, die von dem durch die erste Solarzelle absorbierten Wellenlängenbereich verschieden ist;
  • 10 eine seitliche Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer gemäß der vorliegenden Beschreibung gebildeten Photovoltaikeinheit ist, wobei die erste Solarzelle eine kristalline Germaniumschicht und eine Halbleiterschicht beinhaltet, die auf einer Spaltfläche der kristallinen Germaniumschicht gebildet ist, wobei eine zweite Solarzelle sich auf der ersten Solarzelle befindet und eine aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium bestehende p-i-n-Grenzschicht beinhaltet;
  • 11 ein Diagramm der Quantenausbeute als Funktion der Wellenlänge (nm) für die in 10 gezeigte Photovoltaikeinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung ist;
  • 12 ein Diagramm der Quantenausbeute als Funktion der Dicke der übertragenen Schicht (nm) für die in 10 gezeigte Photovoltaikeinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung ist;
  • 13 eine seitliche Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer gemäß der vorliegenden Beschreibung gebildeten Photovoltaikeinheit ist, wobei die erste Solarzelle eine kristalline Germaniumschicht und eine auf einer Spaltfläche der kristallinen Germaniumschicht gebildete Halbleiterschicht beinhaltet, wobei sich eine zweite Solarzelle auf der ersten Solarzelle befindet und drei p-i-n-Grenzschichten beinhaltet;
  • 14 ein Diagramm der Quantenausbeute als Funktion der Wellenlänge (nm) für die in 13 gezeigte Photovoltaikeinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung ist;
  • 15 ein Diagramm der Quantenausbeute als Funktion der Dicke der übertragenen Schicht (nm) für die in 13 gezeigte Photovoltaikeinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung ist;
  • 16 eine seitliche Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer gemäß der vorliegenden Beschreibung gebildeten Photovoltaikeinheit ist, wobei die erste Solarzelle eine kristalline Germaniumschicht und eine auf einer Spaltfläche der kristallinen Germaniumschicht gebildete Halbleiterschicht beinhaltet, wobei sich eine zweite Solarzelle auf der ersten Solarzelle befindet und einen p-leitenden Pufferbereich auf der ersten Solarzelle, eine Schicht aus Kupfer-Indium-Galliumselenid (CIGS), Cu2ZnSnS4 (CZTS), Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) oder Cadmiumtellurid auf dem p-leitenden Pufferbereich und ein n-leitendes Cadmiumsulfid beinhaltet.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Hierin werden Ausführungsformen der beanspruchten Strukturen und Verfahren zu deren Herstellung ausführlich beschrieben; jedoch sollte klar sein, dass die beschriebenen Ausführungsformen nur zur Veranschaulichung der beanspruchten Strukturen und Verfahren dienen, die in verschiedenen Formen realisiert werden können. Außerdem dient jedes der in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen angegebenen Beispiele nur zur Veranschaulichung und nicht als Einschränkung. Ferner sind die Figuren nicht unbedingt maßstabsgerecht dargestellt, sodass manche Merkmale hervorgehoben sind, um Einzelheiten bestimmter Bestandteile genauer zu zeigen. Deshalb sind bestimmte hierin beschriebene strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als Einschränkung zu verstehen, sondern sollen lediglich als repräsentative Grundlage dienen, um dem Fachmann die vielfältige Verwendung der Verfahren und Strukturen der vorliegenden Beschreibung nahezubringen.
  • Bezugnahmen in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform”, ”eine beispielhafte Ausführungsform” usw. zeigen an, dass die beschriebene Ausführungsform ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder Eigenschaft beinhalten kann, dass aber möglicherweise nicht unbedingt jede Ausführungsform das bestimmte Merkmal, die bestimmte Struktur oder Eigenschaft beinhaltet. Darüber hinaus betreffen solche Ausdrücke nicht ein und dieselbe Ausführungsform. Wenn in Verbindung mit einer Ausführungsform ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder Eigenschaft beschrieben wird, wird darüber hinaus davon ausgegangen, dass ein Fachmann aufgrund seines Wissens ein solches Merkmal, eine solche Struktur oder Eigenschaft in Verbindung mit anderen Ausführungsformen auch dann beeinflussen kann, wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben wird.
  • Im Rahmen der folgenden Beschreibung betreffen die Begriffe ”obere”, „untere”, „rechts”, „links”, ”vertikal”, „horizontal”, „oben”, „unten” und Ableitungen davon die beschriebenen Strukturen in Bezug auf deren Ausrichtung in den Figuren. Die Begriffe „darüberliegend”, „oberhalb”, ”angeordnet auf” oder „angeordnet oberhalb” bedeuten, dass sich ein erstes Element wie beispielsweise eine erste Struktur auf einem zweiten Element wie beispielsweise auf einer zweiten Struktur befindet, wobei sich zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element auch Zwischenelemente wie beispielsweise eine Grenzflächenstruktur, z. B. eine Grenzflächenschicht, befinden können. Der Begriff „direkter Kontakt” bedeutet, dass ein erstes Element wie beispielsweise eine erste Struktur und ein zweites Element wie beispielsweise eine zweite Struktur ohne dazwischen liegende leitende, isolierende oder Halbleiterschichten an der Grenzfläche zwischen den beiden Elementen miteinander verbunden sind.
  • Bei einer Ausführungsform stellt die vorliegende Beschreibung eine Photovoltaikeinheit mit mehreren Grenzschichten und ein Herstellungsverfahren zur Bildung einer Solarzelle mit mehreren Grenzschichten bereit, wobei die Verfahren und Strukturen eine halbleiterhaltige Schicht, z. B. eine Germaniumschicht, beinhalten, die unter Verwendung eines Schichtübertragungsverfahrens wie beispielsweise durch Abspalten gebildet wird. Bei der hier erwähnten „Photovoltaikeinheit” handelt es sich um eine Einheit wie beispielsweise eine Solarzelle, die bei Bestrahlung beispielsweise mit Licht freie Elektronen und/oder Fehlstellen, d. h. Löcher, und damit einen elektrischen Strom erzeugen. Die Photovoltaikeinheit beinhaltet üblicherweise p- und n-leitende Schichten, die eine gemeinsame Grenzfläche bilden, um eine Grenzschicht zu erzeugen.
  • Bei einigen Ausführungsformen besteht die beschriebene Photovoltaikeinheit mit mehreren Grenzschichten aus einer amorphen, nanokristallinen, mikrokristallinen und/oder polykristallinen oberen Zelle mit einer oder mehreren Grenzschichten, die auf eine untere Zelle aufgebracht wurde, die eine germaniumhaltige Schicht beinhaltet, welche unter Verwendung eines Schichtübertragungsverfahrens, z. B. durch Abspalten, übertragen und/oder nach der Schichtübertragung auf ein flexibles Substrat hergestellt wurde. Bei einigen Ausführungsformen ermöglicht das hierin beschriebene Abspaltverfahren die Verwendung einer dünnen Halbleiterschicht, z. B. einer Germaniumschicht, als Substrat, wodurch die Substratkosten gesenkt werden und die Photovoltaikeinheit mechanisch flexibel gestaltet werden kann. Bei Bezugnahme auf eine Photovoltaikeinheit bedeutet der Begriff „flexibel”, dass die Photovoltaikeinheit bei einem konkaven oder konvexen Krümmungsradius von mindestens 30 cm funktionstüchtig bleibt.
  • Bezug nehmend auf 1 wird Germanium aufgrund seiner schmalen Bandlücke üblicherweise für die untere Zelle von Photovoltaikeinheiten mit mehreren Grenzschichten verwendet. 1 zeigt den durch die Kurve 1 dargestellten Absorptionskoeffizienten von einkristallinem Germanium, der größer ist als der von einkristallinem Silicium, dargestellt durch Kurve 2, und der von wasserstoffhaltigem amorphem Silicium, dargestellt durch Kurve 3. Einkristallines Germanium ist teurer als einkristallines Silicium. Deshalb kann durch das beschriebene Abspaltverfahren, mittels dessen die Übertragung dünner Germaniumschichten bewerkstelligt werden kann, der Herstellungsaufwand von Photovoltaikeinheiten verringert werden, die germaniumhaltige Schichten enthalten. Darüber hinaus sorgt die Dicke der durch den beschriebenen Abspaltprozess übertragenen halbleiterhaltigen Schicht, z. B. der Germaniumschicht, bei einigen Ausführungsformen dafür, dass die Photozelle mit der übertragenen halbleiterhaltigen Schicht, z. B. der Germaniumschicht, flexibel ist. Zum Beispiel sorgt das hierin beschriebene Abspaltverfahren für die Übertragung einer halbleiterhaltigen Schicht, z. B. der Germaniumschicht, mit einer Dicke im Bereich von 100 nm bis 10 μm und stellt somit eine übertragene halbleiterhaltige Schicht, z. B. die Germaniumschicht bereit, die flexibel ist.
  • Die 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Übertragen einer halbleiterhaltigen Schicht 5a, z. B. einer Germaniumschicht, zur Verwendung in einer Photovoltaikeinheit. Obwohl sich die folgende Beschreibung auf den übertragenen Teil der halbleiterhaltigen Schicht 5a als eine „germaniumhaltige Schicht”, wie eine einkristalline Germaniumschicht (c-Ge), bezieht, wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Beschreibung gleichermaßen auch auf die anderen Halbleitermaterialien angewendet werden kann, die als untere Zelle einer Photovoltaikeinheit mit mehreren Grenzschichten geeignet sind. Zum Beispiel kann der übertragene Teil der halbleiterhaltigen Schicht 5a auch aus einem Material mit schmaler Bandlücke wie beispielsweise InSb, InAs, InGaAs, InGaSb und InN sowie Materialien mit breiterer Bandlücke wie beispielsweise Si oder GaAs bestehen.
  • 2 zeigt die Bildung einer Zugspannungsschicht 20 auf einem germaniumhaltigen Substrat 5. Bei einer Ausführungsform kann das Verfahren das Verbinden eines flexiblen Substrats 25 mit einem germaniumhaltigen Substrat 5 unter Verwendung einer Zugspannungsschicht 20 und einer wahlweise verwendeten metallischen Haftschicht 16 beinhalten, wobei in einem nachfolgenden Prozessschritt die durch die Zugspannungsschicht 20 erzeugte Spannung auf das germaniumhaltige Substrat 5 übertragen wird, um das germaniumhaltige Substrat 5 zu spalten.
  • Bei einer Ausführungsform kann das germaniumhaltige Substrat 5 einen Germaniumgehalt von mehr als 50 Atom-% aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform kann das germaniumhaltige Substrat 5 einen Germaniumgehalt von mehr 99 Atom-% aufweisen. Bei einem Beispiel kann das germaniumhaltige Substrat 5 einen Germaniumgehalt von 100 Atom-% aufweisen. Das germaniumhaltige Substrat 5 kann unter Verwendung eines Verfahrens zum Ziehen von Einkristallen (Monokristallen) gebildet werden. Ein Beispiel eines Einkristallverfahrens zur Bildung des germaniumhaltigen Substrats stellt das Czochralsky-Verfahren (CZ) dar. Das Czochralsky-Verfahren (CZ) beinhaltet das Verwenden eines Kristallkeims aus Germanium, der in Kontakt mit der Oberfläche von geschmolzenem Germanium gebracht wird. Durch langsames Anheben (Ziehen) des Kristallkeims nehmen die geschmolzenen Germaniumatome beim Auskristallisieren die Kristallstruktur des Kristallkeims an und erweitern die Einkristallstruktur. Die Einkristallstruktur wird dann zu Wafern, d. h. zu Substraten, zersägt, die dann als germaniumhaltiges Substrat 5 dienen. Obwohl das Substrat oben als aus Germanium bestehend beschrieben wird, können als Substrat auch andere Materialien verwendet werden. Zum Beispiel kann das Substrat auch aus einem Material mit schmaler Bandlücke wie beispielsweise InSb, InAs, InGaAs, InGaSb und InN sowie aus Materialien mit breiterer Bandlücke wie beispielsweise Si oder GaAs bestehen.
  • Das germaniumhaltige Substrat 5 kann n-leitend oder p-leitend dotiert werden oder aus einer undotierten Halbleiterschicht bestehen. Die hierin gebrauchte Bezeichnung „p-leitend” bezieht sich auf das Hinzufügen von Verunreinigungen zu einem Eigenhalbleiter, die Fehlstellen von Valenzelektronen (d. h. Löcher) erzeugen. Die hierin gebrauchte Bezeichnung n-leitend bezieht sich auf das Hinzufügen von Verunreinigungen, die freie Elektronen für einen Eigenhalbleiter liefern. Der Dotand, der für den Leitungstyp des germaniumhaltigen Substrats maßgebend ist, kann durch einen „in situ”-Dotierungsprozess eingebaut werden. Der Begriff „Leitungstyp” bezeichnet einen p-leitenden oder einen n-leitenden Dotanden. Unter „in situ” ist zu verstehen, dass der Dotand, der für den Leitungstyp der Materialschicht maßgebend ist, während der Bildung oder beim Abscheiden der Materialschicht eingebaut wird. Der p-leitende und/oder n-leitende Dotand für das germaniumhaltige Substrat 5 kann auch nach dem Abscheiden des germaniumhaltigen Substrats 5 unter Verwendung mindestens eines der folgenden Verfahren eingebaut werden: Plasmadotierung, Ionenimplantation und/oder Herausdiffundieren aus einer einmal verwendbaren Diffusionsquelle (z. B. Borosilicatglas).
  • Bei Verwendunng in der unteren Zelle einer Photovoltaikeinheit zum Dotieren als p-leitende Schicht liegt die Konzentration des p-leitenden Dotanden in dem germaniumhaltigen Substrat 5 im Bereich von 1014 Atome/cm3 bis 1018 Atome/cm3. Bei Verwendung in der unteren Zelle einer Photovoltaikeinheit zum Dotieren als n-leitende Schicht liegt die Konzentration des n-leitenden Dotanden in dem germaniumhaltigen Substrat 5 im Bereich von 1014 Atome/cm3 bis 1018 Atome/cm3.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Dicke des germaniumhaltigen Substrats 5 vor dem Abspalten im Bereich von 10 μm bis 1 mm liegen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Dicke des germaniumhaltigen Substrats 5 vor dem Abspalten im Bereich von 150 μm bis 700 μm liegen. Es wird darauf hingewiesen, dass die obigen Dicken für das germaniumhaltige Substrat 5 nur zur Veranschaulichung angegeben wurden und nicht als Einschränkung der vorliegenden Beschreibung dienen sollen. Zum Beispiel können andere Dicken des germaniumhaltigen Substrats 5 verwendet werden, solange die Dicke des germaniumhaltigen Substrats 5 es zulässt, dass mindestens ein restlicher Teil des germaniumhaltigen Substrats 5 zumindest durch die Zugspannungsschicht 20 mit dem Handhabungssubstrat 25 verbunden bleibt.
  • 2 zeigt eine Ausführungsform für das Verbinden einer Zugspannungsschicht 20 mit einer Verbindungsfläche, die sich auf dem germaniumhaltigen Substrat 5 befindet. Bei der auf dem germaniumhaltigen Substrat 5 befindlichen Verbindungsfläche kann es sich um eine Oberfläche des germaniumhaltigen Substrats 5 oder um die Oberfläche einer Materialschicht handeln, die auf der Oberfläche des germaniumhaltigen Substrats 5 gebildet wird. Bei einer Ausführungsform kann es sich bei der Materialschicht, die auf dem germaniumhaltigen Substrat 5 gebildet wird und die Verbindungsfläche des germaniumhaltigen Substrats 5 bereitstellt, um mindestens eine Rückseitenfeldschicht, eine Rückseitenpassivierungsschicht, einen begrenzten Rückseitenfeldbereich und/oder eine Kombination derselben handeln.
  • Bei einer Ausführungsform kann ein (nicht gezeigter) Rückseitenfeldbereich auf einer Oberfläche des germaniumhaltigen Substrats 5 gebildet werden, der mit der Zugspannungsschicht 20 verbunden ist. Bei einem „Rückseitenfeld(back surface field, BSF)bereich” handelt es sich um einen datierten Bereich mit einer höheren Dotandenkonzentration als bei dem germaniumhaltigen Substrat 5 und/oder einer niedrigeren Elektronenaffinität (χe) als bei dem germaniumhaltigen Substrat 5 (im Fall der n-leitenden Dotierung) und/oder einer größeren Summe von Elektronenaffinität und Bandlücke (Eg), d. h. χe + Eg, als bei dem germaniumhaltigen Substrat 5 (im Fall der p-leitenden Dotierung). Der Rückseitenfeldbereich und das germaniumhaltige Substrat 5 weisen normalerweise denselben Leitungstyp auf, d. h. p-leitend oder n-leitend. Die Grenzschicht zwischen dem Rückseitenfeld(BSF)bereich und dem germaniumhaltigen Substrat 5 erzeugt ein elektrisches Feld, das für den Minoritätsladungsträgerstrom zur Rückseite hin eine Barriere darstellt. Deshalb verringert der Rückseitenfeld(BSF)bereich die Rekombinationsrate der Ladungsträger an der Rückseite und wirkt sich insofern letztlich auf die Passivierung der Rückseite der Solarzelle aus. Ein „begrenzter Rückseitenbereich” ist mit der Ausnahme einem Rückseitenfeldbereich gleich, dass es sich bei einem Rückseitenfeldbereich üblicherweise um einen durchgehenden Bereich handelt, der sich über die gesamte Breite des germaniumhaltigen Substrats 5 erstreckt, während ein „begrenzter Rückseitenfeldbereich” in Form einzelner Inseln über die Breite des germaniumhaltigen Substrats 5 hinweg vorliegt.
  • Bei einer Ausführungsform kann sich zwischen dem Rückseitenfeldbereich des germaniumhaltigen Substrats 5 und der Zugspannungsschicht 20 eine (nicht gezeigte) Passivierungsschicht befinden. Bei der Passivierungsschicht handelt es sich um eine Materialschicht, die auf der Rückseite des germaniumhaltigen Substrats 5 gebildet ist, das als untere Zelle der anschließend zu bildenden Photozelle dient, wobei die Passivierungsschicht die Konzentration der freien Valenzen an der Rückseite der unteren Zelle der Photovoltaikeinheit und dadurch die Rekombinationsrate der Ladungsträger an der Rückseite verringert. Bei einer Ausführungsform besteht die Passivierungsschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium und/oder germaniumhaltigem Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium (a-Silicium:H), wasserstoffhaltigem amorphem Germanium (a-Ge:H), wasserstoffhaltigem amorphem Silicium-Germanium (a-SiGe:H) und einer Kombination derselben. Die Passivierungsschicht kann. Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor oder Deuterium enthalten. Üblicherweise handelt es sich bei der Passivierungsschicht um eine Schicht eines Eigenhalbleiters. Das Abscheiden des wasserstoffhaltigen amorphen Siliciums und/oder germaniumhaltigen Materials durch PECVD beinhaltet mindestens einen gasförmigen Reaktionspartner, der ein Halbleitermaterial enthält, und mindestens einen gasförmigen Reaktionspartner, der Wasserstoff enthält. Bei einer Ausführungsform enthält der gasförmige Reaktionspartner, der ein Halbleitermaterial enthält, zum Erzeugen des Materials, das wasserstoffhaltiges amorphes Silicium enthält, mindestens ein Siliciumatom. Zum Bereitstellen der Siliciumkomponente des wasserstoffhaltigen amorphen Siliciums kann der gasförmige Reaktionspartner, der ein Halbleitermaterial enthält, SiH4, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3 und/oder SiCl4 enthalten. Zum Beispiel kann die Germaniumkomponente durch GeH4 bereitgestellt werden. Bei dem gasförmigen Reaktionspartner, der Wasserstoff enthält, zum Abscheiden eines Materials mittels PECVD, das wasserstoffhaltiges amorphes Silicium enthält, kann es sich um Wasserstoffgas (H2) handeln.
  • Ebenfalls unter Bezugnahme auf 2 kann eine Zugspannungsschicht 20 auf dem germaniumhaltigen Substrat 5 oder auf einer Materialschicht gebildet werden, die sich auf dem germaniumhaltigen Substrat 5 befindet, zum Beispiel auf einer Passivierungsschicht. Bei einer Ausführungsform besteht die Zugspannungsschicht 20 aus einer metallhaltigen Schicht, einer Polymerschicht, einem Klebeband oder einer Kombination derselben. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung kann die Oberfläche, auf der die Zugspannungsschicht 20 gebildet wird, zuvor gereinigt werden, um Oberflächenoxide und/oder andere Verunreinigungen von dieser zu entfernen. Bei einer Ausführungsform kann die Oberfläche, auf der die Zugspannungsschicht 20 gebildet wird, durch Aufbringen eines Lösemittels wie beispielsweise Aceton oder Isopropanol gereinigt werden, mittels dessen die Verunreinigungen und/oder Oberflächenoxide von der Bondfläche des germaniumhaltigen Substrats 5 entfernt werden können.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird auf der Verbindungsfläche des germaniumhaltigen Substrate 5 wahlweise eine metallhaltige Haftschicht 16 gebildet. Die metallhaltige Haftschicht 16 wird wahlweise bei Ausführungsformen verwendet, bei denen die nachfolgend gebildete Zugspannungsschicht 20 eine geringe Haftung auf der Verbindungsfläche des germaniumhaltigen Substrats 5 aufweist. Üblicherweise wird die metallhaltige Haftschicht 16 verwendet, wenn eine aus einem Metall bestehende Zugspannungsschicht 20 verwendet wird.
  • Die in der vorliegenden Beschreibung wahlweise verwendete metallhaltige Haftschicht 16 enthält ein beliebiges metallisches Haftmaterial wie beispielsweise, im Sinne einer nicht abschließenden Aufzählung, Ti/W, Ti, Cr, Ni oder eine beliebige Kombination derselben. Die wahlweise verwendete metallhaltige Haftschicht 16 kann eine einzige Schicht oder eine Mehrschichtstruktur umfassen, die mindestens zwei Schichten verschiedener metallischer Haftmaterialien umfasst.
  • Die metallhaltige Haftschicht 16 kann bei Raumtemperatur (15°C bis 40°C) oder bei einer höheren Temperatur gebildet werden. Bei einer Ausführungsform wird die wahlweise verwendete metallhaltige Haftschicht 16 bei einer Temperatur im Bereich von 20°C bis 180°C gebildet. Bei einer anderen Ausführungsform wird die metallhaltige Haftschicht 16 bei einer Temperatur im Bereich von 20°C bis 60°C gebildet.
  • Die metallhaltige Haftschicht 16, die wahlweise verwendet werden kann, kann unter Verwendung dem Fachmann bestens bekannter Abscheidungstechniken gebildet werden. Zum Beispiel kann die wahlweise verwendete metallhaltige Haftschicht 16 durch Sputtern, chemische Gasphasenabscheidung, plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung, Abscheidung aus chemischen Lösungen, physikalische Gasphasenabscheidung und Galvanisieren gebildet werden. Bei Verwendung der Sputterabscheidung kann der Prozess zur Sputterabscheidung ferner einen vor dem Abscheiden in situ durchgeführten Sputterreinigungsprozess beinhalten.
  • Die wahlweise verwendete metallhaltige Haftschicht 16 weist üblicherweise eine Dicke von 5 nm bis 200 nm auf, wobei eine Dicke von 100 nm bis 150 nm eher bevorzugt ist. Desgleichen können für die wahlweise verwendete metallhaltige Haftschicht 16 andere Dicken gewählt werden, die unterhalb und/oder oberhalb der oben in der vorliegenden Beschreibung genannten Dickenbereiche liegen.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird die Zugspannungsschicht 20 auf einer freiliegenden Oberfläche der wahlweise verwendeten Haftschicht 16 gebildet. Bei einigen Ausführungsformen ohne die wahlweise verwendete metallhaltige Haftschicht 16 wird die Zugspannungsschicht 20 direkt auf dem germaniumhaltigen Substrat gebildet; diese spezielle Ausführungsform ist in den Zeichnungen nicht dargestellt, lässt sich jedoch leicht von den in der vorliegenden Patentanmeldung dargestellten Zeichnungen ableiten.
  • Die in der vorliegenden Beschreibung verwendete Zugspannungsschicht 20 enthält ein beliebiges Material, das bei der Abspalttemperatur auf dem Trägersubstrat, z. B. dem germaniumhaltigen Substrat 5, unter Zugspannung steht. Anschauliche Beispiele solcher Materialien, die nach dem Aufbringen auf das germaniumhaltige Substrat 5 unter Zugspannung stehen, beinhalten im Sinne einer nicht abschließenden Aufzählung ein Metall, ein Polymer wie beispielsweise eine das Abspalten auslösende Klebebandschicht oder eine beliebige Kombination derselben. Es kann die Zugspannungsschicht 20, die eine einzige Zugspannungsschicht umfasst, oder eine mehrschichtige Zugspannungsschichtstruktur verwendet werden, die mindestens zwei Schichten aus verschiedenen Zugspannungsmaterialien beinhaltet.
  • Bei einer Ausführungsform besteht die Zugspannungsschicht 20 aus einem Metall, das auf einer oberen Fläche der wahlweise verwendeten metallhaltigen Haftschicht 16 gebildet ist. Bei einer anderen Ausführungsform dient als Zugspannungsschicht 20 ein das Abspalten auslösendes Klebeband, das direkt auf die Bondfläche des germaniumhaltigen Substrats 5 aufgebracht ist. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Zugspannungsschicht 20 zum Beispiel eine zweiteilige Zugspannungsschicht umfassen, die aus einem unteren Teil und einem oberen Teil besteht. Der obere Teil der zweiteiligen Zugspannungsschicht kann aus einer das Abspalten auslösenden Klebebandschicht bestehen.
  • Wenn als Zugspannungsschicht 20 ein Metall verwendet wird, kann des Metall zum Beispiel Ni, Cr, Fe oder W beinhalten. Auch Legierungen dieser Metalle können verwendet werden. Bei einer Ausführungsform beinhaltet die Zugspannungsschicht 20 mindestens eine aus Ni bestehende Schicht. Wenn als Zugspannungsschicht 20 ein Polymer verwendet wird, stellt das Polymer ein aus sich wiederholenden Struktureinheiten bestehendes großes Makromolekül dar. Die Untereinheiten sind üblicherweise durch kovalente chemische Bindungen miteinander verknüpft. Anschauliche Beispiele von Polymeren, die als Zugspannungsschicht 20 verwendet werden können, beinhalten im Sinne einer nicht abschließenden Aufzählung Polyimide, Polyester, Polyolefine, Polyacrylate, Polyurethan, Polyvinylacetat und Polyvinylchlorid.
  • Wenn als Zugspannungsschicht 20 eine das Abspalten auslösende Klebebandschicht verwendet wird, beinhaltet diese ein beliebiges druckempfindliches Klebeband, das bei der ersten zur Bildung des Klebebandes verwendeten Temperatur flexibel, weich und spannungsfrei, hingegen bei der zweiten Temperatur, bei welcher der obere Teil des Trägersubstrats entfernt wird, fest, dehnbar und zugfest ist. Unter einem „druckempfindlichen Klebeband” ist ein Klebeband zu verstehen, das durch Druckausübung kleben bleibt, ohne dass zur Aktivierung Lösemittel, Wärme oder Wasser erforderlich sind. Die Zugspannung in dem Klebeband ist in erster Linie auf die unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen dem germaniumhaltigen Substrat 5 (mit einem geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten) und dem Klebeband (mit einem größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten) zurückzuführen.
  • Üblicherweise beinhaltet das in der vorliegenden Beschreibung als Zugspannungsschicht 20 verwendete druckempfindliche Klebeband mindestens eine Klebeschicht und eine Trägerschicht. Als Materialien für die Klebeschicht und die Trägerschicht des druckempfindlichen Klebebandes kommen Polymerwerkstoffe wie zum Beispiel Polyacryl-, Polyester-, Polyolefin- und Polyvinylwerkstoffe mit oder ohne geeignete Weichmacher infrage. Weichmacher sind Zusatzstoffe, die die Verformbarkeit des polymeren Werkstoffes verbessern, dem sie beigefügt werden.
  • Bei einer Ausführungsform wird die in der vorliegenden Beschreibung verwendete Zugspannungsschicht 20 bei Raumtemperatur (15°C bis 40°C) gebildet. Bei einer anderen Ausführungsform kann die verwendete Klebebandschicht bei einer Temperatur im Bereich von 15°C bis 60°C gebildet werden.
  • Wenn die Zugspannungsschicht 20 aus einem Metall oder einem Polymer besteht, kann die Zugspannungsschicht 20 unter Verwendung dem Fachmann bestens bekannter Abscheidungstechniken gebildet werden, darunter zum Beispiel Tauchbeschichtung, Rotationsbeschichtung, Bürstenstreichverfahren, Sputtern, chemische Gasphasenabscheidung, plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung, Abscheidung aus chemischen Lösungen, physikalische Gasphasenabscheidung und Galvanisieren.
  • Wenn als Zugspannungsschicht 20 eine das Abspalten auslösende Klebebandschicht verwendet wird, kann die Klebebandschicht manuell oder durch mechanische Hilfsmittel auf die Struktur aufgebracht werden. Das zum Abspalten verwendete Klebeband kann unter Verwendung in der Technik bestens bekannter Techniken gebildet oder als handelsübliches Produkt von einem bekannten Klebebandhersteller käuflich erworben werden. Einige Beispiele für das Abspalten auslösende Klebebänder, die in der vorliegenden Beschreibung als Zugspannungsschicht 20 verwendet werden können, beinhalten zum Beispiel das wärmeablösbare Klebeband 3193MS von Nitto Denko, Kapton KPT-1 und CLEAR-170 (Acryl-Klebeschicht, Polyvinyl Trägerschicht) von Diversified Biotech.
  • Bei einer Ausführungsform kann auf einer Verbindungsfläche des germaniumhaltigen Substrats 5 eine zweiteilige Zugspannungsschicht 20 gebildet werden, wobei ein unterer Teil der zweiteiligen Zugspannungsschicht 20 bei einer ersten Temperatur gebildet wird, die bei Raumtemperatur oder geringfügig darüber liegt (z. B. von 15°C bis 60°C), und wobei ein oberer Teil der zweiteiligen Zugspannungsschicht 20 eine das Abspalten auslösenden Klebebandschicht bei einer zusätzlichen Temperatur umfasst, die im Bereich der Raumtemperatur liegt. Bei dieser Ausführungsform wird das germaniumhaltige Substrat 5 mit der zweiteiligen Zugspannungsschicht auf eine zweite Temperatur unterhalb Raumtemperatur gebracht, um das Abspalten auszulösen.
  • Wenn die Zugspannungsschicht 20 metallische Eigenschaften aufweist, beträgt ihre Dicke üblicherweise zwischen 3 μm und 50 μm, wobei eine Dicke zwischen 4 μm und 7 μm eher bevorzugt wird. In der vorliegenden Beschreibung können für die Zugspannungsschicht 20 auch andere Dicken unterhalb und/oder oberhalb der oben erwähnten Dickenbereiche verwendet werden.
  • Wenn die Zugspannungsschicht 20 Polymereigenschaften aufweist, beträgt ihre Dicke üblicherweise zwischen 10 μm und 200 μm, wobei eine Dicke zwischen 50 μm und 100 μm eher bevorzugt wird. In der vorliegenden Beschreibung können für die Zugspannungsschicht 20 auch andere Dicken unterhalb und/oder oberhalb der oben erwähnten Dickenbereiche verwendet werden. In der folgenden Beschreibung besteht die beschriebene Zugspannungsschicht 20 aus einem metallischen Material und kann auch den Rückseitenkontakt der Photovoltaikeinheit bereitstellen. Wie oben angemerkt ist die Zugspannungsschicht 20 nicht auf eine metallische Struktur begrenzt. Bei diesen Ausführungsformen kann eine Rückseitenkontaktstruktur nach dem Abspalten gebildet werden.
  • Bei einer Ausführungsform kann oberhalb der Zugspannungsschicht 20 ein Handhabungssubstrat 25 gebildet werden. Das in der vorliegenden Beschreibung verwendete Behandlungssubstrat 25 kann ein beliebiges flexibles Material umfassen, dessen kleinster Krümmungsradius kleiner als 30 cm ist. Anschauliche Beispiele von flexiblen Materialien, die als Handhabungssubstrat 25 verwendet werden können, beinhalten eine Metallfolie, eine Polyimidfolie oder eine dünne flexible Glasplatte. Das Handhabungssubstrat 25 kann dazu dienen, die Bruchausbreitung besser zu steuern und im Umgang mit dem abgespalteten Teil des germaniumhaltigen Substrats 5 flexibler zu sein. Darüber hinaus kann das Handhabungssubstrat 25 dazu dienen, die Bruchausbreitung während des spontanen Abspaltprozesses der vorliegenden Beschreibung zu steuern. Das Handhabungssubstrat 25 der vorliegenden Beschreibung wird üblicherweise, aber nicht unbedingt, bei Raumtemperatur (15°C bis 40°C) gebildet. Das Handhabungssubstrat 25 kann unter Verwendung dem Fachmann bestens bekannter Abscheidungstechniken gebildet werden, darunter zum Beispiel Tauchbeschichtung, Rotationsbeschichtung, Bürstenstreichverfahren, Sputtern, chemische Gasphasenabscheidung, plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung, Abscheidung aus chemischen Lösungen, physikalische Gasphasenabscheidung und Galvanisieren. Das Handhabungssubstrat 25 weist üblicherweise eine Dicke von 1 μm bis zu einigen Millimetern auf, wobei eine Dicke von 70 μm bis 120 μm eher bevorzugt wird. In der vorliegenden Beschreibung können für das Handhabungssubstrat 25 auch andere Dicken unterhalb und/oder oberhalb der oben erwähnten Dickenbereiche gewählt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass das Handhabungssubstrat 25 auch aus einem starren Material bestehen kann.
  • 3 zeigt eine Ausführungsform zum Abspalten des germaniumhaltigen Substrats, wobei ein übertragener Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a mit der Zugspannungsschicht 20 und dem Handhabungssubstrat 25 verbunden bleibt. Unter „Abspalten” ist zu verstehen, dass ein übertragener Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a, das mit der Zugspannungsschicht 20 und dem Handhabungssubstrat 25 verbunden ist, von einem abgetrennten Teil des germaniumhaltigen Substrats 5b getrennt wird, der nicht mit der Zugspannungsschicht 20 und dem Handhabungssubstrat 25 verbunden ist, sodass der übertragene Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a eine Dicke T1 aufweist, die kleiner als die ursprüngliche Dicke des germaniumhaltigen Substrats ist.
  • 3 zeigt eine Ausführungsform für das Ausüben einer Spannung von der Zugspannungsschicht 20 auf das germaniumhaltige Substrat, wobei das germaniumhaltige Substrat durch die Spannung gespaltet wird, um auf dem übertragenen Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a eine Spaltfläche zu erzeugen. Die zum Abspalten des germaniumhaltigen Substrats führenden Bedingungen können auf die Kombination des Dickenwertes der Zugspannungsschicht 20 und des Spannungswertes der Zugspannungsschicht 20 sowie auf die mechanischen Eigenschaften des germaniumhaltigen Substrats zurückgeführt werden. Bei einem bestimmten Dickenwert der Zugspannungsschicht 20 wird ein Spannungswert erreicht, oberhalb dessen es spontan zum Abspalten kommt. Desgleichen wird bei einem bestimmten Spannungswert der Zugspannungsschicht 20 ein Dickenwert erreicht, oberhalb dessen es spontan zum Abspalten kommt.
  • Einen ungefähren Richtwert für die Dicke der Zugspannungsschicht 20, bei der es bei einer Zugspannungsschicht 20 zum Abspalten kommen kann, die im Wesentlichen aus unter Zugspannung stehendem Ni besteht, liefert die Beziehung t* = [(2,5 × 106)(KIC 3/2)]/σ2, wobei t* gleich dem Dickenwert (in Mikrometer) der Zugspannungsschicht 20, bei dem ein kontrolliertes Abspalten eintreten kann, KIC gleich dem Bruchfestigkeitswert des germaniumhaltigen Substrats (in MPa·m1/2), z. B. dem Bruchfestigkeitswert des germaniumhaltigen Substrats, und σ gleich dem Zugspannungswert der Zugspannungsschicht 20 (in MPa bzw. Megapascal) ist. Wenn die Dicke der Zugspannungsschicht 20 den durch t* gegebenen Wert um mehr als 50% übersteigt, kann es spontan zum Abspalten kommen. Gemäß einem anderen Aspekt kann die Dicke der Zugspannungsschicht 20 bei Werten irgendwo zwischen ungefähr 1 μm und ungefähr 50 μm oder zwischen ungefähr 3 μm und ungefähr 30 μm oder zwischen ungefähr 4 μm und ungefähr 20 μm liegen.
  • Die Auswahl der Zugspannungsschicht 20 braucht nicht wie nach dem Stand der Technik von der Differenz zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Zugspannungsschicht 20 und dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des germaniumhaltigen Substrats auszugehen, wo das Abspalten durch Abkühlen der Struktur von einer höheren Temperatur (ungefähr 900°C) auf eine niedrigere Temperatur erreicht wird. Bei einer Ausführungsform beruht die vorliegende Beschreibung nicht auf einem spontanen Abspalten, sondern auf der Anwendung einer mechanischen Kraft und dem gesteuerten Bruch im Wesentlichen bei Raumtemperatur (ungefähr 20°C), um eine oder mehrere Schichten von dem germaniumhaltigen Substrat 5 abzutrennen, z. B. um einen übertragenen Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a von einem abgetrennten Teil des germaniumhaltigen Substrats 5b zu trennen, der nicht mit der Zugspannungsschicht 20 und dem Handhabungssubstrat 25 verbunden ist. Die Dicke des von dem germaniumhaltigen Substrat übertragenen germaniumhaltigen Teils 5a ist ungefähr zweimal so groß wie der Dickenwert der Zugspannungsschicht 20. Durch das Steuern des Spannungswertes in der Zugspannungsschicht 20 kann ein geeigneter Dickenwert der Zugspannungsschicht (t*) so gewählt werden, dass eine gewünschte Dicke des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats 5a abgezogen wird.
  • Obwohl die Spannungen in der Zugspannungsschicht 20 materialbedingt sind (von der Mikrostruktur herrühren) und nicht auf die Spannungen durch den thermischen Ausdehnungskoeffizienten (coefficient of thermal expansion, CTE) zurückzuführen sind, bewirkt das Erwärmen der Zugspannungsschicht 20 oft einen Anstieg des Zugspannungswertes. Das liegt an Änderungen der Mikrostruktur innerhalb der Zugspannungsschicht 20, die beim Tempern eintreten und irreversibel sind. Deshalb ist es denkbar, durch örtlich begrenztes Erwärmen den Bruch am Rand der zu übertragenden Schicht auszulösen. Mit anderen Worten, das spontane Abspalten kann auf kleine, ausgewählte Bereiche konzentriert werden, um den Bruch auszulösen, indem z. B. die Dicke der Zugspannungsschicht in diesen kleinen, ausgewählten Bereichen vergrößert wird. Das räumlich begrenzte Erwärmen kann unter Verwendung eines Lasers, durch Induktionserwärmung aus einiger Entfernung oder durch direkte Kontakterwärmung erfolgen.
  • Der übertragene Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a mit der durch den oben erwähnten spontanen Abspaltprozess gebildeten Spaltfläche 4 weist üblicherweise eine Dicke T1 zwischen 100 nm und einigen zehn Mikrometern auf, wobei eine Dicke T1 zwischen 3 μm und 20 μm eher bevorzugt ist. Die oben erwähnten Schichtdicken für den übertragenen Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a liefern eine flexible Materialschicht.
  • Die 4 bis 8 zeigen einige Ausführungsformen zur Bildung der unteren Solarzelle 50a, 50b, 50c, 50d, 50e einer Photovoltaikeinheit mit mehreren Grenzschichten, die das Bilden mindestens einer Halbleiterschicht 6 auf der Spaltfläche 4 des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats 5a beinhalten. Bei jeder der in den 4 bis 8 gezeigten Ausführungsformen werden die in den Figuren dargestellten Schichten/Bereiche unterhalb der Spaltfläche 4 vor dem Abspalten gebildet, das synonym auch als Spalten bezeichnet wird, und die Schichten/Bereiche oberhalb der Spaltfläche werden nach dem Abspalten gebildet. Die Spaltfläche und/oder die untere Fläche der unteren Zelle, z. B. der übertragene Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a, der Photovoltaikeinheit kann texturiert oder untexturiert sein. Das Texturieren kann durch selektives und/oder ungezieltes Nass- und/oder Trockenätzen erfolgen.
  • 4 zeigt eine Ausführungsform einer unteren Solarzelle 50a einer Photovoltaikeinheit mit mehreren Grenzschichten, bei der die vor dem Spalten des germaniumhaltigen Substrats gebildeten Schichten/Bereiche eine Passivierungsschicht 8 und einen begrenzten Rückseitenfeldbereich 7 beinhalten. Die Passivierungsschicht 8 kann aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium bestehen und besteht üblicherweise aus einem Eigenhalbleitermaterial. Die Passivierungsschicht 8 kann in direktem Kontakt mit der Oberfläche des übertragenen Teils 5a des germaniumhaltigen Substrats gebildet werden, die der Spaltfläche 4 des germaniumhaltigen Substrats gegenüberliegt. Eine Ausführungsform eines Verfahren zur Bildung der in 4 dargestellten Passivierungsschicht 8 ist oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben worden. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Passivierungsschicht 8 aus einem Dielektrikum wie beispielsweise einem Oxid, z. B. Siliciumoxid, oder einem Nitrid bestehen, z. B. aus Siliciumnitrid.
  • Üblicherweise wird die Passivierungsschicht 8 nach ihrer Bildung strukturiert und geätzt, um in ihr Öffnungen zu erzeugen, um die Teile des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats 5a freizulegen, auf denen der begrenzte Rückseitenfeldbereich 7 gebildet wird. Der begrenzte Rückseitenfeldbereich 7 kann unter Verwendung der Plasmadotierung, der Ionenimplantation und/oder durch Herausdiffundieren aus einer einmal verwendbaren Diffusionsquelle (z. B. Borosilicatglas) durch die Öffnungen in der Passivierungsschicht 8 gebildet werden. Der begrenzte Rückseitenfeldbereich 7 wird üblicherweise mit demselben Leitungstyp dotiert wie der übertragene Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a, jedoch ist die Konzentration des Dotanden für den Leitungstyp in dem begrenzten Rückseitenfeldbereich 7 höher als die Konzentration des Dotanden für den Leitungstyp in dem übertragenen Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a.
  • Ferner Bezug nehmend auf 4 beinhaltet bei einigen Ausführungsformen die untere Solarzelle 50a der Photovoltaikeinheit mit mehreren Grenzschichten ein (nicht gezeigtes) transparentes leitendes Oxidmaterial. Bei einer Ausführungsform kann die Schicht aus dem transparenten leitenden Material ein transparentes leitendes Oxid (transparent conductive Oxide, TCO), beispielsweise im Sinne einer nicht abschließenden Aufzählung ein fluordotiertes Zinnoxid (SnO2:F), ein aluminiumdotiertes Zinkoxid (ZnO:Al), Zinnoxid (SnO) und Indium-Zinn-Oxid (InSnO2, abgekürzt ITO) enthalten. Die Dicke der Schicht des transparenten leitenden Materials kann je nach Art des verwendeten transparenten leitenden Materials sowie der zur Bildung des transparenten leitenden Materials verwendeten Technik variieren. Üblicherweise und bei einer Ausführungsform liegt die Dicke der Schicht des transparenten leitenden Material im Bereich von 10 nm bis 3 μm. Bei einigen Ausführungsformen, bei denen die Zugspannungsschicht 20 und/oder eine wahlweise verwendete (in 4 nicht dargestellte) metallhaltige Haftschicht ein leitendes Element darstellt, kann die Zugspannungsschicht 20 als Rückseitenkontakt der unteren Solarzelle 50a dienen. Das Handhabungssubstrat 25, das flexibel sein kann, kann sich an der Rückseite der unteren Solarzelle 50a befinden.
  • Auf der Spaltfläche 4 des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats 5a kann durch epitaxiales Wachstum eine Halbleiterschicht 6 abgeschieden werden. Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform kann der übertragene Teil 5a des germaniumhaltigen Substrats als Absorptionsschicht und die Halbleiterschicht 6 als Emitterschicht der Solarzelle fungieren. Bei der Beschreibung der in 4 dargestellten Struktur wird die Halbleiterschicht 6 im Folgenden als „erster Emitterbereich 6” bezeichnet. Bei der „Absorptionsschicht” handelt es sich um das Material, das leicht Photonen absorbiert, um Ladungsträger, d. h. freie Elektronen oder Löcher, zu erzeugen. Ein Teil der Photovoltaikeinheit, der zwischen der Vorderseite und der Absorptionsschicht liegt, wird als „Emitterschicht” bezeichnet, und die Grenzschicht zur Absorptionsschicht wird als „Emittergrenzschicht” bezeichnet. Die Emitterschicht kann sich oberhalb der Absorptionsschicht befinden, wobei der Leitungstyp der Emitterschicht dem Leitungstyp der Absorptionsschicht entgegengesetzt ist. Bei einem Beispiel werden in dem Material innerhalb der Photovoltaikeinheit Elektronen-Loch-Paare erzeugt, wenn die Sonnenenergie in den Schichten der Zelle in Form von Photonen gesammelt wird. Die Emittergrenzschicht liefert des elektrische Feld, das zur Trennung der auf der n-dotierten und der p-dotierten Seite der Emittergrenzschicht lichtelektrisch erzeugten Elektronen bzw. Löcher erforderlich ist. Aus diesem Grund und bei diesem Beispiel kann mindestens eine p-leitende Schicht der Photovoltaikeinheit als Absorptionsschicht und mindestens eine angrenzende n-leitende Schicht als Emitterschicht dienen.
  • Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform beinhaltet die untere Solarzelle 50a eine Doppel-Emitterstruktur, die aus einem ersten Emitterbereich 6 und einem zweiten Emitterbereich 9 besteht. Bei einer Doppel-Emitterstruktur sind der erste und der zweite Emitterbereich 6, 9 üblicherweise vom selben Leitungstyp, z. B. n-leitend oder p-leitend. Die Konzentration der Dotandenatome, die für die Leitfähigkeit des ersten Emitterbereichs 6 und des zweiten Emitterbereichs 9 sorgen, ist üblicherweise in dem zweiten Leitungsbereich 9 höher. Bei einer Ausführungsform werden der erste Emitterbereich 6 und der zweite Emitterbereich 9, die p-leitend sind, auf einer n-leitenden Absorptionsschicht aus einkristallinem Germanium (c-Si) gebildet, z. B. auf dem übertragenen Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a, Bei einer anderen Ausführungsform werden der erste Emitterbereich 6 und der zweite Emitterbereich 9, die n-leitend sind, auf einer p-leitenden Absorptionsschicht aus einkristallinem Germanium (c-Si) gebildet, z. B. auf dem übertragenen Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a.
  • Der erste Emitterbereich 6 kann aus einem amorphen Material, einem nanokristallinen Material, einem mikrokristallinen Material, einem polykristallinen Material oder einem einkristallinen Material aus Silicium, Germanium oder Silicium-Germanium-Legierungen bestehen, die Wasserstoff enthalten können oder wasserstofffrei sein können. Der Begriff „kristallin” umfasst einen nanokristallinen, polykristallinen oder mikrokristallinen Zustand. Der Begriff „einkristallin” bezeichnet einen Festkörper, bei dem sich das Kristallgitter der gesamten Probe im Wesentlichen durchgehend und im Wesentlichen ohne Unterbrechung bis zu den Rändern der Probe erstreckt und im Wesentlichen keine Korngrenzen aufweist. Bei einer anderen Ausführungsform weist das kristalline Halbleitermaterial der Absorptionsschicht eine multikristalline oder polykristalline Struktur auf. Im Gegensatz zu einer einkristallinen Struktur stellt eine polykristalline Struktur eine Form des Halbleitermaterials das, die aus willkürlich ausgerichteten Kristallinen besteht und Großwinkelkorngrenzen, Zwillingskorngrenzen oder beides enthält. Als multikristallin im weiteren Sinne wird ein polykristallines Material mit großen Körnern (in der Größenordnung von Millimetern bis Zentimetern) bezeichnet. Außerdem werden auch die Begriffe großkorn-polykristallin oder großkorn-multikristallin verwendet. Der Begriff polykristallin bezieht sich auf kleine Körner (mehrere hundert Nanometer bis mehrere hundert Mikrometer).
  • Ebenfalls Bezug nehmend auf 4 kann als erster Emitterbereich 6 eine Materialschicht dienen, die sich auf und in direktem Kontakt mit der gesamten Breite der Absorptionsschicht, d. h. mit dem übertragenen Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a befindet. Bei einer Ausführungsform stellt der erste Emitterbereich 6 eine durchgehende Schicht dar, die sich über die gesamte Breite der Absorptionsschicht erstreckt, und der zweite Emitterbereich 9 besteht abwechselnd aus Inseln eines Materials, die so angeordnet sind, dass sie in Kontakt mit der anschließend gebildeten Tunnelschicht 11 gelangen.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann der erste Emitterbereich 6 aus einer kristallinen Halbleiterschicht bestehen, die aus einem siliciumhaltigen Material oder einem germaniumhaltigen Material bestehen kann. Einige Beispiel von Materialien, die für den ersten Emitterbereich 6 geeignet sind, umfassen Silicium, Germanium, Silicium-Germanium, mit Kohlenstoff legiertes Silicium, mit Kohlenstoff legiertes Silicium-Germanium und deren Kombinationen. Der erste Emitterbereich 6 kann auch aus einem Verbindungshalbleiter wie beispielsweise Gruppe-III/V-Halbleitern bestehen. Ein „Gruppe-III-V-Halbleitermaterial” ist eine Legierung, die aus Elementen der Gruppe III und der Gruppe V des Periodensystems der Elemente besteht. Bei einer Ausführungsform besteht der erste Emitterbereich 6 aus mindestens einem Gruppe-III/V-Halbleitermaterial, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumantimonid (AlSb), Aluminiumarsenid (AlAs), Aluminiumnitrid (AlN), Aluminiumphosphid (AlP), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumantimonid (InSb), Indiumarsenid (InAs), Indiumnitrid (InN), Indiumphosphid (InP), Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs), Indiumgalliumphosphid (InGaP), Aluminiumindiumarsenid (AlInAs), Aluminiumindiumantimonid (AlInSb), Galliumarsenidnitrid (GaAsN), Galliumarsenidantimonid (GaAsSb), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Aluminiumgalliumphosphid (AlGaP), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Indiumarsenidantimonid (InAsSb), Indiumgalliumantimonid (InGaSb), Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP), Aluminiumgalliumarsenidphosphid (AlGaAsP), Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP), Indiumarsenidantimonidphosphid (InArSbP), Aluminiumindiumarsenidphosphid (AlInAsP), Aluminiumgalliumarsenidnitrid (AlGaAsN), Indiumgalliumarsenidnitrid (InGaAsN), Indiumaluminiumarsenidnitrid (InAlAsN), Galliumarsenidantimonidnitrid (GaAsSbN), Galliumindiumnitridarsenid-Aluminiumantimonid (GaInNAsSb), Galliumindiumarsenidantimonidphosphid (GaInAsSbP) und deren Kombinationen. Der erste Emitterbereich 6 kann ferner Fluor, Deuterium, Sauerstoff und/oder Stickstoff enthalten.
  • Der erste Emitterbereich 6 kann unter Verwendung der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) auf dem übertragenen Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a gebildet werden. Bei der CVD handelt es sich um einen Abscheidungsprozess, bei dem eine abgeschiedene Substanz als Ergebnis einer chemischen Reaktion zwischen gasförmigen Reaktionspartnern gebildet wird, wobei das feste Reaktionsprodukt auf der Oberfläche abgeschieden wird, auf welcher ein Film, eine Beschichtung oder eine Schicht des festen Produkts gebildet werden soll. Als geeignete Varianten von CVD-Prozessen kommen im Sinne einer nicht abschließenden Aufzählung die Atmosphärendruck-CVD (APCVD), die Niederdruck-CVD (LPCVD) und die plasmagestützte CVD (PECVD), die metallorganische CVD (MOCVD), die Molekularstrahl-Epitaxie (MBE) und deren Kombinationen infrage.
  • Bei einer Ausführungsform wird der erste Emitterbereich 6 unter Verwendung eines epitaxialen Abscheidungsprozesses gebildet. Unter den Begriffen „epitaxial gebildet”, „epitaxiales Wachstum” und/oder „epitaxiale Abscheidung” ist das Wachstum eines Halbleitermaterials auf einer Abscheidungsfläche eines Halbleitermaterials zu verstehen, wobei das abzuscheidende Halbleitermaterial dieselben Kristalleigenschaften aufweist wie des Halbleitermaterial der Abscheidungsfläche. Bei den Ausführungsformen, in denen der übertragene Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a, der die untere Zelle der unteren Solarzelle 50a darstellt, eine einkristalline Struktur aufweist, weist deshalb der epitaxial abgeschiedene erste Emitterbereich 6 ebenfalls eine einkristalline Struktur auf. Bei den Ausführungsformen, in denen der übertragene Teil des germaniumhaltigen Substrate 55 eine polykristalline Struktur aufweist, weist ferner ein erster Emitterbereich 6, der epitaxial auf dem übertragenen Teil 5a des germaniumhaltigen Substrats abgeschieden wird, ebenfalls eine polykristalline Struktur auf.
  • Der erste Emitterbereich 6 kann durch einen Dotierungsprozess in situ dotiert werden, oder die Materialschicht kann nach der Abscheidung dotiert werden, um durch Plasmadotierung, Ionenimplantation und/oder Herausdiffundieren aus einer einmal verwendbaren Diffusionsquelle (z. B. Borosilikatglas) den ersten Emitterbereich zu schaffen. Unter dem Begriff „in situ” ist zu verstehen, dass der Dotand zum Erzeugen des Leitungstyps der Materialschicht, z. B. des ersten Emitterbereichs 6, während der Bildung oder Abscheidung der Materialschicht implantiert wird.
  • Desgleichen kann sich ebenfalls unter Bezugnahme auf 4 auf der oberen Oberfläche des ersten Emitterbereichs 6 eine obere dielektrische Schicht 12 befinden, durch die Öffnungen gebildet werden, um den Teil des ersten Emitterbereichs 6 freizulegen, in dem der zweite Emitterbereich 9 gebildet wird. Die obere dielektrische Schicht 12 kann auch aus undotiertem wasserstoffhaltigem amorphem Silicium, wasserstoffhaltigem amorphem Germanium, wasserstoffhaltigem amorphem Silicium-Germanium oder einer Kombination derselben bestehen. Die durch die obere dielektrische Schicht 12 gebildeten Öffnungen, die dem zweiten Emitterbereich 9 der Emitterstruktur entsprechen, werden mittels Photolithograhie und Ätzprozessen gebildet. Nachdem der erste Emitterbereich 6 freigelegt wurde, in dem der zweite Emitterbereich 9 angeordnet werden soll, wird in die freiliegenden Teile des ersten Emitterbereichs 6 der Dotand, der den zweiten Emitterbereich 9 erzeugt, durch Plasmadotierung, Ionenimplantation und/oder Herausdiffundieren aus einer einmal verwendbaren Diffusionsquelle (z. B. Borosilikatglas) implantiert. Der Dotand für den zweiten Emitterbereich 9 ist üblicherweise vom selben Leitungstyp wie der erste Emitterbereich 6, wobei die Dotandenkonzentration in dem zweiten Emitterbereich 9 üblicherweise höher als die Dotandenkonzentration des ersten Emitterbereichs 6 ist.
  • Anstatt den ersten Emitterbereich durch eine abgeschiedene Materialschicht wie beispielsweise eine epitaxial gebildete Halbleiterschicht bereitzustellen, kann bei einer anderen in 4 nicht dargestellten Ausführungsform der erste Emitterbereich in dem übertragenen Teil des germaniumhaltigen Substrats durch Gegendotierung der Spaltfläche des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats gebildet werden. Unter „Gegendotierung” ist zu verstehen, dass der Leitungstyp des Dotanden, der den ersten Emitterbereich erzeugt, dem Leitungstyp des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats entgegengesetzt ist, der die Absorptionsschicht erzeugt. Der zweite Emitterbereich kann in dem gegendotierten ersten Emitterbereich unter Verwendung der Verfahren zur Bildung des zweiten Emitterbereichs gebildet werden, die oben unter Bezug auf 4 beschrieben werden.
  • Unter Bezugnahme auf 4 wird bei einer Ausführungsform auf der oberen dielektrischen Schicht 12 eine Tunnelschicht 11 gebildet, die einen Teil beinhaltet, der sich in direktem Kontakt mit dem zweiten Emitterbereich 9 befindet. Die Tunnelschicht 11 kann aus einer Metallschicht oder einem transparenten leitenden Material bestehen. Bei einer Ausführungsform kann die Tunnelschicht 11 aus einem transparenten leitenden Material wie beispielsweise dem transparenten leitenden Oxid (TCO) bestehen. Die Aufgabe der wahlweise zu verwendenden Tunnelschicht besteht darin, das Durchtunneln der an der Grenzfläche zwischen der oberen Zelle und der unteren Zelle gebildeten p+/n+ Tunnelgrenzschicht durch die Ladungsträger zu verstärken. Bei einer Ausführungsform kann die Tunnelschicht 11 eine Dicke im Bereich von 5 nm bis 15 nm aufweisen, obwohl auch größere und kleinere Dicken verwendet werden können. Die Dicke der Tunnelschicht wird üblicherweise so gewählt, dass für das Durchtunneln der Ladungsträger sowie für die optische Kopplung zwischen der oberen Zelle und der unteren Zelle ein Optimum erreicht wird.
  • 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer unteren Solarzelle 50b. Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform ist die in 4 gezeigte Doppelemitterstruktur durch eine Einzelemitterstruktur mit der Bezugsnummer 13 ersetzt. Die Einzelemitterstruktur 13 kann durch eine Halbleiterschicht ähnlich dem ersten Emitterbereich 6 bereitgestellt werden, der oben unter Bezug auf 4 beschrieben wurde.
  • Bezug nehmend auf 5 sind das Handhabungssubstrat 25, die Zugspannungsschicht 20, die Passivierungsschicht 8, der begrenzte Rückseitenbereich 7 und der übertragene Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a dem Handhabungssubstrat 25, der Zugspannungsschicht 20, der Passivierungsschicht 8, dem begrenzten Rückseitenbereich 7 und dem übertragenen Teil des in 4 beschriebenen germaniumhaltigen Substrats 5a vergleichbar. Die in 5 dargestellte Einzelemitterstruktur 13 ist dem oben unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen ersten Emitterbereich 6 vergleichbar. Deshalb eignet sich die Beschreibung des in 4 dargestellten ersten Emitterbereichs 6 zur Beschreibung des Aufbaus und des Verfahrens zur Herstellung der in 5 dargestellten Einzelemitterstruktur 13. Ebenso wie der in 4 dargestellte erste Emitterbereich 6 kann die Einzelemitterstruktur 13 aus einer dotierten Materialschicht, die auf dem übertragenen Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a abgeschieden wurde, welcher die Absorptionsschicht darstellt, oder aus einem gegendotierten Bereich bestehen, der in der Spaltfläche 4 des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats 5a gebildet wurde, welcher die Absorptionsschicht darstellt.
  • Unter Bezugnahme auf 5 kann weiterhin eine wasserstoffhaltige amorphe Eigenhalbleiterschicht 14 auf der oberen Oberfläche der Einzelemitterstruktur 13 gebildet werden. Die undatierte wasserstoffhaltige amorphe Siliciumschicht 14 kann als Passivierungsschicht fungieren. Die wasserstoffhaltige amorphe Eigenhalbleiterschicht 14 kann unter Verwendung des Verfahrens zur Bildung der undatierten wasserstoffhaltigen amorphen Siliciumschicht gebildet werden, das oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde. Alternativ kann die wasserstoffhaltige amorphe Eigenhalbleiterschicht 14 aus undatiertem wasserstoffhaltigem amorphem Germanium oder aus undatiertem wasserstoffhaltigem amorphem Silicium-Germanium bestehen. Auf der wasserstoffhaltigen amorphen Eigenhalbleiterschicht 14 kann eine Tunnelschicht 11 gebildet werden. Die in 5 dargestellte Tunnelschicht 11 ist der oben unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Tunnelschicht 11 vergleichbar.
  • 6 zeigt eine andere Ausführungsform einer unteren Solarzelle 50c. Die in 6 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 4 dargestellten unteren Solarzelle 50a nur dadurch, dass der in 4 dargestellte begrenzte Rückseitenfeldbereich 7 durch einen Rückseitenfeldbereich 15 ersetzt ist, der sich über die gesamte Breite des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats 5a erstreckt, welcher die Absorptionsschicht der unteren Solarzelle 50c darstellt. Der Rückseitenfeldbereich 15 ist dem oben unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Rückseitenfeldbereich gleich. Bei einer Ausführungsform kann als Rückseitenfeldbereich 15 ein dotierter Bereich dienen, der in die Oberfläche des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats 5a implantiert wurde, welche der Spaltfläche 4 des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats 5a gegenüber liegt, oder der Rückseitenfeldbereich 15 kann durch eine abgeschiedene Schicht bereitgestellt werden, die auf der Oberfläche des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats 5a gebildet wurde, welche der Spaltfläche 4 des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats 5a gegenüberliegt. Der Rückseitenfeldbereich 15 ist mit demselben Leitungstyp dotiert wie der übertragene Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a, der die Absorptionsschicht der unteren Solarzelle 50c darstellt, wobei die Dotandenkonzentration in dem Rückseitenfeldbereich 15 höher ist als die Dotandenkonzentration in dem übertragenen Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a.
  • Bei einer Ausführungsform kann eine wasserstoffhaltige amorphe Eigenhalbleiterschicht 17 in direktem Kontakt mit dem Rückseitenfeldbereich 15 gebildet werden. Die wasserstoffhaltige amorphe Eigenhalbleiterschicht 17 kann als Passivierungsschicht fungieren. Die wasserstoffhaltige amorphe Eigenhalbleiterschicht 17 kann unter Verwendung des Verfahrens zur Bildung der oben unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen undotierten wasserstoffhaltigen amorphen Siliciumschicht gebildet werden. Alternativ kann die undotierte wasserstoffhaltige amorphe Siliciumschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Germanium oder aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium-Germanium bestehen.
  • In 6 ist nicht dargestellt, dass sich zwischen einer Zugspannungsschicht 20 und dem Rückseitenfeldbereich 15 ein Halbleitermaterial vom selben Leitungstyp wie der übertragene Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a befinden kann. Bei dem Halbleitermaterial kann es sich um ein amorphes Material, ein nanokristallines Material, ein mikrokristallines Material, ein einkristallines Material aus Silicium, Germanium oder Silicium-Germanium-Legierungen handeln, die Wasserstoff enthalten oder wasserstofffrei sein können. Diese Schicht kann dazu dienen, das elektrische Feld an der Rückseite zu verstärken, um die Minoritätsladungsträger abzustoßen. Für diese Halbleiterschicht wird üblicherweise ein höherer Dotierungsgrad als für den Rückseitenfeldbereich 15 und/oder eine niedrigere Elektronenaffinität (χe) als für das germaniumhaltige Substrat 5 (im Fall der n-leitenden Dotierung) und/oder eine größere Summe aus Elektronenaffinität und Bandlücke (Eg), d. h. χe + Eg, als für das germaniumhaltige Substrat 5 (im Fall der p-leitenden Dotierung) gewählt. Wenn bei einem Beispiel das germaniumhaltige Substrat einkristallin und n-leitend ist, wird der Rückseitenfeldbereich 15 durch Diffusion von Phosphor in das Substrat gebildet, dient ein durch PECVD abgeschiedenes undotiertes wasserstoffhaltiges amorphes Silicium als Passivierungsschicht 17 und dient ein durch PECVD abgeschiedenes n+-dotiertes wasserstoffhaltiges amorphes Silicium für die oben erwähnte wahlweise verwendete Halbleiterschicht. Da wasserstoffhaltiges amorphes Silicium eine niedrigere Elektronenaffinität als das Substrat 5 aufweist, verstärkt die oben erwähnte (nicht gezeigte) n+-dotierte wasserstoffhaltige amorphe Siliciumschicht das elektrische Feld, das die Minoritätsladungsträger (Löcher) von der Rückseite abstößt. Ein anderes Beispiel gleicht dem oben erwähnten Beispiel mit der Ausnahme, dass die Rückseitenfeldschicht 15 durch Abscheidung von n+-dotiertem Polysilicium mittels einer CVD-Technik oder durch Abscheidung von n+-dotiertem amorphem Silicium mittels einer CVD- oder PVD-Technik und anschließende Festphasenkristallisation (z. B. durch schnelles Tempern bei Temperaturen > 600°C) gebildet wird, um n+-dotiertes Polysilicium zu bilden; da des wasserstoffhaltige amorphe Silicium eine niedrigere Elektronenaffinität als das Substrat 5 und die Polysiliciumschicht 15 aufweist, verstärkt die oben erwähnte (nicht gezeigte) wasserstoffhaltige amorphe Siliciumschicht das elektrische Feld, das die Minoritätsladungsträger (Löcher) von der Rückseite des Substrats abstößt. Bei einem anderen Beispiel, wo das germaniumhaltige Substrat einkristallin und p-leitend ist, wird der Rückseitenfeldbereich 15 durch Diffusion von Aluminium in das Substrat gebildet, besteht die Passivierungsschicht 17 aus durch PECVD abgeschiedenem undatiertem wasserstoffhaltigem amorphem Silicium-Germanium und die oben erwähnte wahlweise verwendete Halbleiterschicht aus p+-dotiertem wasserstoffhaltigem amorphem Silicium-Germanium, das ebenfalls durch PECVD abgeschieden wurde. Da die Summe von Elektronenaffinität und Bandlücke (χe + Eg) bei dem wasserstoffhaltigen amorphen SiGe größer als bei dem Substrat 5 ist, verstärkt die oben erwähnte (nicht gezeigte) p+-dotierte wasserstoffhaltige amorphe SiGe-Schicht das elektrische Feld, das die Minoritätsladungsträger (Elektronen) von der Rückseite des germaniumhaltigen Substrats 5 abstößt. Ein anderes Beispiel ist dem oben erwähnten Beispiel mit der Ausnahme vergleichbar, dass die Rückseitenfeldschicht 15 durch Abscheidung von p+-dotiertem Polysilicium (oder Poly-SiGe) mittels einer CVD-Technik oder durch Abscheidung von dotiertem amorphem amorphem Silicium (oder amorphem SiGe) mittels einer CVD- oder PVD-Technik und anschließende Festphasenkristallisation, um p+-dotiertes Polysilicium (oder Poly-SiGe) zu bilden; da das wasserstoffhaltige amorphe Silicium (oder SiGe) eine größere Summe aus Elektronenaffinität und Bandlücke (χe + Eg) als das Substrat 5 und die Polysilicium-(oder Poly-SiGe-)schicht 15 aufweist, verstärkt die oben erwähnte (nicht gezeigte) p+-dotierte wasserstoffhaltige amorphe Siliciumschicht das elektrische Feld, das die Minoritätsladungsträger (Elektronen) von der Rückseite des Substrats abstößt. Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform werden der Rückseitenfeldbereich 15, die undotierte wasserstoffhaltige amorphe Siliciumschicht 17 und das (nicht gezeigte) Halbleitermaterial, deren Leitungstyp dem des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats 5a gleich ist, wahlweise verwendet und können weggelassen werden.
  • Das Handhabungssubstrat 25, die Zugspannungsschicht 20, der übertragene Teil 5a des germaniumhaltigen Substrats, der erste Emitterbereich 6, der zweite Emitterbereich 9, die obere dielektrische Schicht 12 und die Tunnelschicht 11, die in 6 dargestellt sind, sind dem Handhabungssubstrat 25, der Zugspannungsschicht 20, dem übertragenen Teil 5a des germaniumhaltigen Substrats, dem ersten Emitterbereich 6, dem zweiten Emitterbereich 9, der oberen dielektrischen Schicht 12 und der Tunnelschicht 11 vergleichbar, die in 4 dargestellt sind. Deshalb ist die obige Beschreibung des Handhabungssubstrats 25, der Zugspannungsschicht 20, des übertragenen Teils 5a des germaniumhaltigen Substrats, des ersten Emitterbereichs 6, des zweiten Emitterbereichs 9, der oberen dielektrischen Schicht 12 und der Tunnelschicht 11 unter Bezugnahme auf 4 zur Beschreibung der Strukturen geeignet, die in 6 mit denselben Bezugsnummern bezeichnet werden.
  • 7 zeigt eine andere Ausführungsform einer unteren Solarzelle 50d. Bei der in 7 dargestellten Ausführungsform steht eine Einzelemitterstruktur 13 in direktem Kontakt mit dem übertragenen Teil 5a des germaniumhaltigen Substrats, befindet sich eine wasserstoffhaltige amorphe Siliciumschicht 14 auf der oberen Oberfläche der Einzelemitterstruktur 13 und befindet sich eine Tunnelschicht auf der wasserstoffhaltigen amorphen Siliciumschicht. Die Einzelemitterstruktur 13 und die wasserstoffhaltige amorphe Siliciumschicht 14 sind oben bereits unter Bezugnahme auf 5 beschrieben worden. Der übertragene Teil des germaniumhaltigen Substrats 5e. und die Tunnelschicht 11 sind oben bereits unter Bezugnahme auf 4 beschrieben worden. Die in 7 dargestellte untere Solarzelle 50d beinhaltet ferner einen Rückseitenfeldbereich 15, der in direktem Kontakt mit dem übertragenen Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a steht oder in diesem gebildet ist, und eine undotierte wasserstoffhaltige amorphe Siliciumschicht 17, die in direktem Kontakt mit dem Rückseitenfeldbereich 15 steht. Der Rückseitenfeldbereich 15 und die undotierte wasserstoffhaltige amorphe Siliciumschicht 17 sind oben bereits unter Bezugnahme auf 6 beschrieben worden. Die in 7 dargestellte untere Solarzelle 50d kann ferner eine undotierte wasserstoffhaltige amorphe Siliciumschicht 17 und ein Halbleitermaterial 19 vom selben Leitungstyp wie der übertragene Teil 5a des germaniumhaltigen Substrats beinhalten. Ähnlich wie der Rückseitenfeldbereich 15 und die undotierte wasserstoffhaltige amorphe Siliciumschicht 17 sind auch die Zugspannungsschicht 20 und das Halbleitermaterial 19 oben bereits unter Bezugnahme auf 6 beschrieben worden. Die in 8 dargestellte untere Solarzelle 50e gleicht der in 7 dargestellten unteren Solarzelle 50d mit der Ausnahme, dass die in 8 dargestellte untere Solarzelle 50e ferner ein Halbleitermaterial 19 vom selben Leitungstyp wie die Einzelemitterstruktur 13 beinhaltet. Bei dem Halbleitermaterial 19 kann es sich um ein amorphes Material, ein nanokristallines Material, ein mikrokristallines Material, ein polykristallines Material oder ein einkristallines Material aus Silicium, Germanium oder Silicium-Germanium-Legierungen handeln, die Wasserstoff enthalten oder wasserstofffrei sein können.
  • In jeder der in den 4 bis 8 dargestellten Ausführungsformen kann eine Dicke des übertragenen Teils 5a des germaniumhaltigen Substrats so gewählt werden, dass die untere Solarzelle 50a, 50b, 50c, 50d, 50e flexibel bleibt. Unter „flexibel” ist zu verstehen, dass die untere Solarzelle 50a, 50b, 50c, 50d, 50e, die das germaniumhaltige Substrat 5 beinhaltet, bei einem konkaven oder konvexen Krümmungsradius von mindestens 30 cm funktionstüchtig bleibt. Die in den 4 bis 8 dargestellten unteren Solarzellen 50a, 50b, 50c, 50d, 50e können in beliebigen Arten von Photovoltaikeinheiten mit mehreren Grenzschichten verwendet werden.
  • 9 zeigt die Bildung mindestens einer zweiten Solarzelle 35 auf einer ersten Solarzelle 30, wobei die mindestens eine zweite Solarzelle 35 aus mindestens einem Halbleitermaterial gebildet wird, dessen Bandlücke breiter als bei der ersten Solarzelle 30 ist. Bei einem typischen Halbleiter werden die meisten auftreffenden Photonen, deren Energie geringer als die Bandlücke des Halbleiters ist, durch den Halbleiter nicht absorbiert. Hingegen kann ein Teil der Photonen, deren Energie höher als die Bandlücke des Halbleiters ist, absorbiert und zu Elektron-Loch-Paaren umgewandelt werden. Der Anteil der zur Erzeugung des Elektron-Loch-Paares verbrauchten Energie eines Photons ist ungefähr gleich der Energie der Bandlücke des Halbleiters, während die überschüssige Energie des Photons (ungefähr gleich der Differenz zwischen der Energie des Photons und der Energie der Bandlücke) als Wärme abgestrahlt wird. Deshalb ist der Wirkungsgrad der Umwandlung von Licht in elektrische Energie üblicherweise bei Photonen am größten, deren Energie der Energie der Bandlücke am nächsten kommt. Durch die Kombination einer oberen Zelle 35 mit breiter Bandlücke und einer unteren Zelle 30 mit schmaler Bandlücke können in der oberen Zelle 35 energiereichere Photonen (die aufgrund hoher Wärmeverluste in der unteren Zelle 30 mit einem geringerem Wirkungsgrad umgewandelt würden) und in der unteren Zelle 30 energieärmere Photonen (von denen die meisten in der oberen Zelle 35 absorbiert wurden) mit einem höheren Wirkungsgrad umgewandelt werden.
  • Die erste Solarzelle 30 kann einen ersten Wellenlängenbereich und die zweite Solarzelle 35 einen zweiten Wellenlängenbereich absorbieren, wobei sich der erste und der zweite Wellenlängenbereich geringfügig überlappen können.
  • Bei einem Beispiel sind die Materialien zumindest der zweiten Solarzelle 35 so gewählt, dass sie eine Bandlücke im Bereich von 0,7 eV bis 4,5 eV aufweisen, und die Materialien der ersten Solarzelle 30 sind so gewählt, dass sie eine Bandlücke im Bereich von 0,1 eV bis 2,0 eV aufweisen. Bei einem anderen Beispiel sind die Materialien zumindest der zweiten Solarzelle 35 so gewählt, dass sie eine Bandlücke im Bereich von 1,5 eV bis 3,0 eV aufweisen, und die Materialien der ersten Solarzelle 30 sind so gewählt, dass sie eine Bandlücke im Bereich von 0,6 eV bis 1,8 eV aufweisen. Die Energie eines Photons (hν) und die Wellenlänge eines Photons (λ) sind durch die bestens bekannte Beziehung hν = hc/λ miteinander verknüpft, wobei h gleich der Planckschen Konstanten und c gleich der Lichtgeschwindigkeit ist (der Wert von ha ist ungefähr gleich 1239 eV/nm). Zum Beispiel beträgt die Energie eines Photons mit einer Wellenlänge von 450 nm ungefähr 2,8 eV.
  • Bezug nehmend auf 9 kann die untere Zelle, d. h. die erste Solarzelle 30, einkristallin, mikrokristallin oder polykristallin sein. Bei einer Ausführungsform wird in der ersten Solarzelle 30 einkristallines Ge (c-Ge) verwendet, jedoch können auch andere Materialien mit schmaler Bandlücke wie beispielsweise InSb, InAs, InGaAs, InGaSb und InN sowie Materialien mit breiterer Bandlücke wie beispielsweise Silicium oder GaAs verwendet werden, die ebenfalls innerhalb der sachlich-gegenständlichen Reichweite dieser Beschreibung liegen. Die erste Solarzelle 30 kann Homoübergangs-, Heteroübergangs- oder Hybridkontakte (eine Kombination von Homoübergang und Heteroübergang) aufweisen. Es wird darauf hingewiesen, dass für die in 9 dargestellte erste Solarzelle 30 jede der in den 4 bis 8 dargestellten unteren Zellstrukturen 50a, 50b, 50c, 50d, 50e verwendet werden kann. Unterhalb der ersten Solarzelle 30 kann sich eine Schaltung 29 aus einem transparenten leitenden Material wie beispielsweise aus einem transparenten leitenden Oxid (TCO) befinden, wobei die transparente leitende Schicht 29 zwischen der ersten Solarzelle 30 und dem Handhabungssubstrat 25 liegt. Bei einigen Ausführungsformen kann die transparente leitende Schicht 29 durch eine Zugspannungsschicht ersetzt oder in Kombination mit einer Zugspannungsschicht verwendet werden. Das in 9 dargestellte Handhabungssubstrat 25 ist oben bereits unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben worden.
  • Die erste Solarzelle 30 kann durch eine Tunnelschicht 29 von der zweiten Solarzelle 35 getrennt sein. Die in 9 dargestellte Tunnelschicht 31 kann durch die in den 4 bis 8 dargestellte Tunnelschicht 11 bereitgestellt werden.
  • Die in 9 dargestellte mindestens eine zweite Solarzelle 35, d. h. die obere Zelle, kann aus einkristallinem, polykristallinem oder amorphem Halbleitermaterial bestehen. Es wird darauf hingewiesen, dass die mindestens eine zweite Solarzelle 35 aus einer beliebigen Anzahl von p-n-(oder p-i-n-)Übergängen und damit aus einer beliebigen Anzahl von Solarzellen bestehen kann. Bei einer Ausführungsform kann die mindestens eine zweite Solarzelle 35 aus siliciumhaltigem und/oder germaniumhaltigem Halbleitermaterial oder aus Verbindungshalbleitern bestehen.
  • Beispiele siliciumhaltiger Halbleitermaterialien, die für die zweite Solarzelle 35 geeignet sind, beinhalten einkristallines Silicium, polykristallines Silicium, mit Kohlenstoff legiertes Silicium, amorphes Silicium, amorphes wasserstoffhaltiges Silicium, mit Kohlenstoff legiertes amorphes wasserstoffhaltiges Silicium und deren Kombinationen. Beispiele germaniumhaltiger Halbleitermaterialien beinhalten einkristallines Germanium, polykristallines Germanium, amorphes Germanium, amorphes wasserstoffhaltiges Germanium und amorphes wasserstoffhaltiges Germanium, das Kohlenstoff enthalten kann. Bei einigen Beispielen kann die zweite Solarzelle 35 aus Materialschichten bestehen, die sowohl Germanium als auch Silicium enthalten, beispielsweise einkristallines Silicium-Germanium, polykristallines Silicium-Germanium, wasserstoffhaltiges amorphes Silicium-Germanium und wasserstoffhaltiges amorphes Silicium-Germanium, das Kohlenstoff enthalten kann. Beispiele von Verbindungshalbleitern, die für die zweite Solarzelle 35 geeignet sind, beinhalten Aluminiumantimonid (AlSb), Aluminiumarsenid (AlAs), Aluminiumnitrid (AlN), Aluminiumphosphid (AlP), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumantimonid (InSb), Indiumarsenid (InAs), Indiumnitrid (InN), Indiumphosphid (InP), Aluminumgalliumarsenid (AlGaAs), Indiumgalliumphosphid (InGaP), Aluminiumindiumarsenid (AlInAs), Aluminiumindiumantimonid (AlInSb), Galliumarsenidnitrid (GaAsN), Galliumarsenidantimonid (GaAsSb), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Aluminiumgalliumphosphid (AlGaP), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Indiumarsenidantimonid (InAsSb), Indiumgalliumantimonid (InGaSb), Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP), Aluminiumgalliumarsenidphosphid (AlGaAsP), Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP), Indiumarsenidantimonidphosphid (InArSbP), Aluminiumindiumarsenidphosphid (AlInAsP), Aluminiumgalliumarsenidnitrid (AlGaAsN), Indiumgalliumarsenidnitrid (InGaAsN), Indiumaluminiumarsenidnitrid (InAlAsN), Galliumarsenidantimonidnitrid (GaAsSbN), Galliumindiumnitridarsenid-aluminiumantimonid (GaInNAsSb), Galliumindiumarsenidantimonidphosphid (GaInAsSbP) oder deren Kombinationen.
  • Unter Bezugnahme auf 9 kann sich auf der oberen Oberfläche der zweiten Solarzelle 35 eine Schicht 36 aus transparentem leitendem Material befinden. Die transparente leitende Schicht 36 kann ein transparentes leitendes Oxid (TCO) beinhalten, beispielsweise im Sinne einer nicht abschließenden Aufzählung ein fluordotiertes Zinnoxid (SnO2:F), ein aluminiumdotiertes Zinkoxid (ZnO:Al), Zinnoxid (SnO) und Indium-Zinnoxid (InSnO2, abgekürzt ITO). Die Dicke der transparenten leitenden Schicht 36 kann je nach Art des verwendeten transparenten leitenden Materials sowie der zur Bildung des transparenten leitenden Materials angewendeten Technik variieren. Üblicherweise und bei einer Ausführungsform liegt die Dicke der transparenten leitenden Schicht 36 im Bereich von 10 nm bis 3 μm.
  • Oberhalb des transparenten leitenden Oxide (TCO) kann sich mindestens ein Vorderseitenkontakt 37 befinden. Der Vorderseitenkontakt 37 der Photovoltaikeinheit kann eine Reihe paralleler schmaler Fingerleitung sowie breite Leitungen 37 beinhalten, die im Wesentlichen unter einem rechten Winkel zu den Fingerleitungen abgeschieden sind. Der Vorderseitenkontakt 37 kann durch Siebdruck oder Photolithograhie oder einige andere Techniken abgeschieden werden. Bei einer anderen Ausführungsform wird der Vorderseitenkontakt 37 durch Aufbringen einer geätzten oder galvanisch abgebrachten metallischen Struktur bereitgestellt. Das zur Bildung der metallischen Struktur für den Vorderseitenkontakt 37 verwendete metallische Material kann auch durch Sputtern oder galvanisch abgeschieden werden. Die Dicke des Vorderseitenkontakts 37 kann im Bereich von 100 nm bis 10 μm liegen, jedoch können auch geringere und größere Dicken verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Bildung des Vorderseitenkontakts 37 des Aufbringen einer reflexionsmindernden Beschichtung (antireflection coating, ARC) beinhalten. Die reflexionsmindernde Beschichtung (ARC) kann aus Siliciumnitrid (SiN) oder Siliciumoxid (SiOx) bestehen, das bei Temperaturen von höchstens 200°C durch PECVD aufgebracht wird. Bei einem anderen Beispiel kann es sich bei der reflexionsmindernden Beschichtung (ARC) um eine Zweischichtstruktur aus Zinksulfid (ZnS) und Magnesiumfluorid (MgF2) handeln. Es wurden auch andere Ausführungsformen in Betracht gezogen, die keine der obigen Zusammensetzungen für die reflexionsmindernde Beschichtung (ARC) und den Vorderseitenkontakt 37 beinhalten.
  • Die in 9 dargestellte Photovoltaikeinheit dient nur zur Veranschaulichung und ist nicht als Einschränkung der vorliegenden Beschreibung anzusehen. Es wird darauf hingewiesen, dass sich oberhalb der in 9 dargestellten ersten Solarzelle 30 eine beliebige Anzahl von Solarzellen und Kontaktstrukturen befinden kann.
  • 10 zeigt eine Ausführungsform einer Tandem Photovoltaikeinheit, bei der die erste Solarzelle 30a einen übertragenen Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a, z. B. eine kristalline Germaniumschicht, und eine auf einer Spaltfläche 4 des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats gebildete Halbleiterschicht beinhaltet. Bei der in 10 dargestellten Photovoltaikeinheit handelt es sich um eine Tandemeinheit, die sich aus einer ersten Solarzelle 30a einer einkristallinen Germaniumzelle mit Heteroübergang (heterojunction, HJ) und mindestens einer zweiten Solarzelle 35a zusammensetzt, die aus p-leitendem wasserstoffhaltigem amorphem Silicium, undotiertem wasserstoffhaltigem amorphem Silicium und n-leitendem wasserstoffhaltigem amorphem Silicium besteht.
  • Bei einer Ausführungsform besteht der übertragene Teil 5a des germaniumhaltigen Substrats aus einkristallinem Germanium, das n-leitend dotiert ist. Auf der oberen und der unteren Oberfläche des übertragenen Teils 5a des germaniumhaltigem Substrats kann sich eine Eigenhalbleiterschicht 38, 39 befinden. Die Eigenhalbleiterschicht 38, 39 kann aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium bestehen. Bei einer Ausführungsform kann sich eine obere p-leitende Schicht 40 aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium auf der Eigenhalbleiterschicht 38 befinden, die sich wiederum auf der Spaltfläche 4 des übertragenem Teils des n-leitenden dotierten germaniumhaltigen Substrats 5a befindet. Eine untere n-leitende Schicht 41 aus wasserstoffhaltigem Silicium liegt üblicherweise unterhalb der Eigenhalbleiterschicht 39, die sich auf der Rückseite des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats 5a befindet. Die untere n-leitende Schicht 41 aus wasserstoffhaltigem Silicium kann sich auf einer oberen Oberfläche einer Zugspannungsschicht 20 befinden, die aus einem Metall besteht. Unterhalb der Zugspannungsschicht 20 befindet sich ein Handhabungssubstrat 25, das flexibel sein kann.
  • Ebenfalls unter Bezugnahme auf 10 ist die erste Solarzelle 30a durch eine Tunnelschicht 31a von mindestens einer zweiten Solarzelle 35a getrennt. Die in 10 dargestellte Tunnelschicht 31a ist der in 9 dargestellten Tunnelschicht 31 vergleichbar. Deshalb eignet sich die Beschreibung der in 9 dargestellten Tunnelschicht 31 auch zur Beschreibung der in 10 dargestellten Tunnelschicht 31. Die mindestens eine zweite Solarzelle 35a kann eine p-i-n-Grenzschicht beinhalten, die einen Materialstapel bereitstellt, der von oben nach unten eine p-leitende Schicht 44 aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium, eine undotierte amorphe Siliciumschicht 43 und eine n-leitende wasserstoffhaltige amorphe Siliciumschicht 42 beinhaltet. Auf der oberen Oberfläche der mindestens einen zweiten Solarzelle 35a kann sich eine Schicht 36a aus transparentem leitendem Material befinden. Auf der transparenten leitenden Schicht 36a kann sich ein Vorderseitenkontakt 37a befinden. Die transparente leitende Schicht 36a und der Vorderseitenkontakt 37a, die in 10 dargestellt sind, sind der transparenten leitenden Schicht 36 und dem Vorderseitenkontakt 37 vergleichbar, die in 9 dargestellt sind.
  • Bei einer Ausführungsform zur Bildung der in 9 dargestellten Struktur können die Eigenhalbleiterschicht 39 aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium und die untere n-leitende Schicht 41 aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium vor dem Abspalten auf einem germaniumhaltigen Substrat gebildet werden. Dann kann auf der n-leitenden Schicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium die Zugspannungsschicht 20 abgeschieden werden, wobei die durch die Zugspannungsschicht 20 ausgeübte Zugspannung das Abspalten des germaniumhaltigen Substrats auslöst. Der übertragene Teil 5a des germaniumhaltigen Substrats bleibt an der Eigenhalbleiterschicht 39 haften, wobei der übertragene Teil 5a des germaniumhaltigen Substrats eine Dicke im Bereich von 500 nm bis 10 μm aufweist, wobei ebenso auch dünnere oder dickere Schichten übertragen werden können. Nach dem Abspalten wird die Eigenhalbleiterschicht 38 auf der Spaltfläche 4 des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats 5a gebildet, und auf der Eigenhalbleiterschicht 38 wird die obere p-leitende Schicht 40 aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium gebildet. Dann können die Tunnelschicht 31a, die mindestens eine zweite Solarzelle 35a, die transparente leitende Schicht 36a und der Vorderseitenkontakt 37 gebildet werden.
  • Die auf der Grundlage der Quantenausbeuten der ersten und der mindestens zweiten Solarzelle 30a, 35a berechnete Quantenausbeute der in 10 dargestellten Tandem-Photovoltaikeinheit ist in 11 unter der Bezugsnummer 45a und der voraussichtliche Wirkungsgrad der in 10 dargestellten Tandem-Photovoltaikeinheit als Funktion der Dicke des übertragenen Teils 5a des kristallinen Germaniumsubstrats in 12 unter der Bezugsnummer 45b als Kurvenverlauf dargestellt. Zum Vergleich sind in den 11 und 12 die Kurven des Wirkungsgrades einer unteren Zelle aus einkristallinem Germanium mit einem Homoübergang unter den Bezugsnummern 46a, 46b und einer einkristallinen Siliciumzelle mit Heteroübergang mit Kontakten aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium unter den Bezugsnummern 47a, 47b dargestellt. Bezug nehmend auf die 11 und 12 ist der höhere Wirkungsgrad der Tandem-Photovoltaikeinheit, die den übertragenen Teil 5a des germaniumhaltigen Substrats (einkristallines Germanium) beinhaltet, gegenüber einer gleichartig hergestellten Einheit mit einer unteren Zelle aus Silicium auf die schmalere Bandlücke und die geringere spektrale Überlappung des einkristallinen Germaniums mit den angrenzenden Schichten aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium zurückzuführen, die bei der in 10 dargestellten Tandem-Photovoltaikeinheit verwendet wird.
  • 13 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Tandem-Photovoltaikeinheit, die eine aus drei Grenzschichten bestehende zweite Solarzelle 35b beinhaltet. Die in 13 dargestellte erste Solarzelle 30b der Tandem-Photovoltaikeinheit ist der in 10 dargestellten Solarzelle 30a vergleichbar. Deshalb ist die Beschreibung der ersten Solarzelle 30a und der darin enthaltenen Materialschichten zur Beschreibung der in 13 dargestellten ersten Solarzelle 30b und der darin enthaltenen Materialschichten geeignet. Desgleichen ist die Beschreibung der in 10 dargestellten Zugspannungsschicht 20 und des Handhabungssubstrats 25 zur Beschreibung der in 13 dargestellten Zugspannungsschicht 20 und des Handhabungssubstrats 25 geeignet.
  • Bei einer Ausführungsform besteht die zweite Solarzelle 35 aus einem Materialstapel, der von oben nach unten eine erste p-i-n-Grenzschicht 48, eine erste Tunnelschicht 49, eine zweite p-i-n-Grenzschicht 54, eine zweite Tunnelschicht 49 und eine dritte p-i-n-Grenzschicht 53 beinhaltet. Bei einer Ausführungsform besteht die erste p-i-n-Grenzschicht 48 aus einer p-leitenden wasserstoffhaltigen amorphen Siliciumschicht, einer undotierten wasserstoffhaltigen amorphen Siliciumschicht und einer n-leitenden wasserstoffhaltigen amorphen Siliciumschicht. Bei einer Ausführungsform besteht die zweite p-i-n-Grenzschicht 54 aus einer p-leitenden Schicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium, einer Schicht aus undotiertem wasserstoffhaltigem amorphem Silicium-Germanium und einer n-leitenden Schicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Germanium. Bei einer Ausführungsform besteht die dritte p-i-n-Grenzschicht 52 aus einer p-leitenden Schicht aus wasserstoffhaltigem kristallinem Silicium, einer Schicht aus undotiertem wasserstoffhaltigem kristallinem Silicium und einer n-leitenden Schicht aus wasserstoffhaltigem kristallinen Silicium.
  • Bei einer Ausführungsform können zur Bildung der in 13 gezeigten Struktur die Eigenhalbleiterschicht 39 aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium und die untere n-leitende Schicht 41 aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium vor dem Abspalten auf dem germaniumhaltigen Substrat gebildet werden. Dann kann die Zugspannungsschicht 20 auf der n-leitenden Schicht 41 aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium abgeschieden werden, wobei durch die Zugspannung der Zugspannungsschicht 20 das Abspalten des germaniumhaltigen Substrats ausgelöst wird. Der übertragene Teil 5a des germaniumhaltigen Substrats bleibt an der Eigenhalbleiterschicht 39 haften, wobei der übertragene Teil des germaniumhaltigen Substrats eine Dicke im Bereich von 500 nm bis 10 μm aufweist, obwohl auch dünnere oder dickere Schichten übertragen werden können. Nach dem Abspalten wird die Eigenhalbleiterschicht 38 auf der Spaltfläche 4 des übertragenen Teils 5a des germaniumhaltigen Substrats und die p-leitende Schicht 40 aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium auf der Eigenhalbleiterschicht 38 gebildet. Dann können die mindestens eine zweite Zelle 35b, die transparente leitende Schicht 36b und der Vorderseitenkontakt 37b gebildet werden.
  • Die auf der Grundlage der Quantenausbeuten der oberen und der unteren Zelle 30b, 35b berechnete Quantenausbeute der in 13 dargestellten Tandem-Photovoltaikeinheit ist in 14 und der voraussichtliche Wirkungsgrad der Tandem-Photovoltaikeinheit als Funktion der Dicke des übertragenen Teils 5a des germaniumhaltigen Substrats unter der Bezugsnummer 45c in 15 als Kurvenverlauf dargestellt. Zum Vergleich sind in den 14 und 15 die Kurven des Wirkungsgrades einer unteren Zelle aus einkristallinem Germanium mit einem Homoübergang unter den Bezugsnummern 46a, 46b und einer einkristallinen Siliciumzelle mit Heteroübergang mit Kontakten aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium unter den Bezugsnummern 47a, 47b dargestellt. Bezug nehmend auf die 14 und 15 ist der höhere Wirkungsgrad der in 13 dargestellten Tandem-Photovoltaikeinheit, die den übertragenen Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a (einkristallines Germanium) beinhaltet, gegenüber einer gleichartig hergestellten Einheit mit einer unteren Zelle aus Silicium auf die schmalere Bandlücke und die geringere spektrale Überlappung des einkristallinen Germaniums mit den angrenzenden Schichten aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium zurückzuführen, die bei dem in 13 dargestellten Tandem-Photovoltaikeinheit verwendet wird.
  • 16 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Tandem-Photovoltaikeinheit, wobei die erste Solarzelle 30c eine p-leitende Schicht aus kristallinem Germanium, die durch einen übertragenen Teil eines germaniumhaltigen Substrate 5a bereitgestellt werden kann, und mindestens eine Halbleiterschicht beinhaltet, die auf einer Spaltfläche des übertragenen Teils eines germaniumhaltigen Substrats 5a gebildet wurde. Bei einer Ausführungsform besteht die mindestens eine Halbleiterschicht aus einer oberen Schicht 61 aus undotiertem wasserstoffhaltigem amorphem Silicium, die sich auf der Spaltfläche des übertragenen Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a befindet. Dann wird eine n-leitende Schicht 61 aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium 61 auf der Schicht 61 aus undotiertem wasserstoffhaltigem amorphem Silicium gebildet. Auf der Rückseite des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats 5a wird eine epitaxiale Siliciumschicht 63 gebildet, die der Spaltfläche 4 des übertragenen Teils des germaniumhaltigen Substrats 5a gegenüberliegt. Die epitaxiale Siliciumschicht 63 ist üblicherweise vom selben Leitungstyp wie der übertragene Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a. Deshalb ist auch die epitaxiale Siliciumschicht 63 p-leitend, wenn der übertragene Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a p-leitend ist. Die Dotandenkonzentration der epitaxialen Siliciumschicht 63 ist üblicherweise höher als die Dotandenkonzentration in dem übertragenen Teil des germaniumhaltigen Substrats 5a. Eine untere undatierte wasserstoffhaltige amorphe Siliciumschicht 63 kann sich in Kontakt mit der epitaxialen Siliciumschicht 63 befinden, und eine p-leitende wasserstoffhaltige amorphe Siliciumschicht 65 kann unterhalb der epitaxialen Siliciumschicht 63 liegen. Die Beschreibungen der Zugspannungsschicht 20 und des Handhabungssubstrats 25, die flexibel sein können und in 10 dargestellt sind, sind auch zur Beschreibung der Zugspannungsschicht 20 und des Handhabungssubstrats 25 geeignet, die in 16 dargestellt sind.
  • Desgleichen unter Bezugnahme auf 16 ist die erste Solarzelle 30c durch eine Tunnelschicht 31c von mindestens einer zweiten Solarzelle 35c getrennt. Die in 16 dargestellte Tunnelschicht 31c ist der in 9 dargestellten Tunnelschicht 31 vergleichbar. Die mindestens eine zweite Solarzelle 35c kann einen p-leitenden Pufferbereich 66 auf der Tunnelschicht 31c, eine Schicht aus p-leitendem Kupfer-Indium-Galliumselenid, p-leitendem Cadmiumtellurid, p-leitendem CZTS oder p-leitendem CZTSe auf dem p-leitenden Pufferbereich 67 und eine n-leitende Cadmiumsulfidschicht 68 beinhalten. Auf der oberen Oberfläche der mindestens einen zweiten Solarzelle 35c kann sich eine transparente leitende Schicht 36c befinden. Auf der transparenten leitenden Schicht 36c kann sich ein Vorderseitenkontakt 37c befinden.
  • Obwohl die vorliegende Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf deren bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, ist dem Fachmann klar, dass das oben Beschriebene ausgeführt und weitere Änderungen an Form und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom Wesensgehalt und von der sachlich-gegenständlichen Reichweite der vorliegenden Beschreibung abzuweichen. Deshalb soll die vorliegende Beschreibung nicht genau auf die beschriebenen und veranschaulichten Formen und Einzelheiten beschränkt sein, sondern in die sachlich-gegenständliche Reichweite der angehängten Ansprüche fallen.

Claims (17)

  1. Verfahren zur Bildung einer Photovoltaikeinheit, wobei das Verfahren Folgendes umfasst; Verbinden eines Substrats mit einer germaniumhaltigen Halbleiterschicht mittels einer Zugspannungsschicht, wobei die Zugspannungsschicht die germaniumhaltige Halbleiterschicht spaltet; Bilden mindestens einer Halbleiterschicht auf einer Spaltfläche der germaniumhaltigen Halbleiterschicht, wobei die mindestens eine Halbleiterschicht von einem Leitungstyp ist, der dem Leitungstyp der germaniumhaltigen Halbleiterschicht entgegengesetzt ist, um eine erste Solarzelle bereitzustellen, die einen ersten Wellenlängenbereich absorbiert; und Bilden mindestens einer zweiten Solarzelle auf der ersten Solarzelle, wobei die mindestens eine zweite Struktur aus mindestens einem Halbleitermaterial besteht, um einen zweiten Wellenlängenbereich zu absorbieren, der von dem durch die erste Solarzelle absorbierten ersten Wellenlängenbereich verschieden ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Zugspannungsschicht um eine Metallschicht handelt und das Substrat aus einem flexiblen Polymer, einer flexiblen Metallfolie oder einer dünnen flexiblen Glasplatte besteht.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verbinden des Substrats mit der germaniumhaltigen Halbleiterschicht das Abscheiden der Metallschicht auf dem Substrat umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zugspannungsschicht erwärmt wird, um auf die germaniumhaltige Halbleiterschicht eine Bruchspannung auszuüben, wobei die germaniumhaltige Halbleiterschicht als Reaktion auf die Bruchspannung aufgebrochen wird, sodass ein erster Teil der germaniumhaltigen Halbleiterschicht zumindest durch die Zugspannungsschicht mit dem Substrat verbunden ist und ein zweiter Teil der germaniumhaltigen Halbleiterschicht entfernt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich zwischen der germaniumhaltigen Schicht und der Zugspannungsschicht eine Passivierungsschicht, eine Schicht aus transparentem leitendem Material, eine n-leitende Halbleiterschicht, eine p-leitende Halbleiterschicht und/oder eine Eigenhalbleiterschicht befindet.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bildung der mindestens einen Halbleiterschicht auf einer Spaltfläche der germaniumhaltigen Halbleiterschicht einen epitaxialen Wachstumsprozess umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die Bildung einer Tunnelschicht auf der Spaltfläche der germaniumhaltigen Halbleiterschicht umfasst, wobei die Tunnelschicht eine Metallschicht, ein transparentes leitendes Material, eine Halbleitergrenzschicht und/oder eine Kombination derselben umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei vor der Bildung der Tunnelschicht auf der mindestens einen Halbleiterschicht eine Eigenhalbleiterschicht gebildet wird, die sich auf der Spaltfläche der germaniumhaltigen Halbleiterschicht befindet.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bildung der mindestens einen zweiten Solarzelle die Bildung einer p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium, wasserstoffhaltigem amorphem Siliciumcarbid, wasserstoffhaltigem amorphem Silicium-Germanium, wasserstoffhaltigem nano-/mikrokristallinem Si oder einer Kombination derselben umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Bildung der mindestens einen zweiten Solarzelle eine erste p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium-Germanium, die sich auf der ersten Solarzelle befindet, und eine zweite p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium auf der ersten Solarzelle umfasst, die Kohlenstoff umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Bildung der mindestens einen zweiten Solarzelle eine erste p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem kristallinem Silicium auf der ersten Solarzelle, eine zweite p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium-Germanium auf der ersten Solarzelle und eine dritte p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium auf der zweiten Solarzelle umfasst, die Kohlenstoff umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Bildung der mindestens einen zweiten Solarzelle eine erste p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium-Germanium auf der ersten Solarzelle, eine zweite p-i-n-Grenzschicht einer p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium, das Kohlenstoff enthält, auf der ersten Solarzelle und eine dritte p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Siliciumcarbid auf der zweiten Solarzelle umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Bildung der mindestens einen zweiten Solarzelle eine erste p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem kristallinem Silicium auf der ersten Solarzelle, eine zweite p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Silicium, das Kohlenstoff enthalten kann, auf der ersten Solarzelle und eine dritte p-i-n-Grenzschicht aus wasserstoffhaltigem amorphem Siliciumcarbid auf der zweiten Solarzelle umfasst.
  14. Photovoltaikeinheit, die Folgendes umfasst: eine Rückseitenkontaktstruktur auf einer oberen Oberfläche eines flexiblen Substrats; eine erste Solarzelle auf der Rückseitenkontaktstruktur, wobei die erste Solarzelle eine germaniumhaltige kristalline Halbleiterschicht mit einer Dicke im Bereich von 100 nm bis 100 μm beinhaltet und wobei die erste Solarzelle einen ersten Wellenlängenbereich absorbiert; mindestens eine zweite Solarzelle auf der ersten Solarzelle, wobei die mindestens eine zweite Solarzelle aus mindestens einem Halbleitermaterial bestehen kann, das so gewählt wird, dass die zweite Solarzelle einen zweiten Wellenlängenbereich absorbiert, der von dem durch die erste Solarzelle absorbierten zweiten Wellenlängenbereich verschieden ist; und eine Vorderseitenkontaktstruktur auf der oberen Oberfläche der mindestens einen zweiten Solarzelle.
  15. Photovoltaikeinheit nach Anspruch 14, wobei die germaniumhaltige kristalline Halbleiterschicht der ersten Solarzelle von einem ersten Leitungstyp ist und die erste Solarzelle ferner eine obere Halbleiterschicht umfasst, die einen dem ersten Leitungstyp entgegengesetzten zweiten Leitungstyp aufweist und sich in direktem Kontakt mit der germaniumhaltigen kristallinen Halbleiterschicht befindet.
  16. Photovoltaikeinheit nach Anspruch 14, wobei die germaniumhaltige kristalline Halbleiterschicht der ersten Solarzelle von einem ersten Leitungstyp ist und die erste Solarzelle ferner eine Eigenhalbleiterschicht, die sich in direktem Kontakt mit der germaniumhaltigen kristallinen Halbleiterschicht befindet, und eine obere Halbleiterschicht umfasst, die einen dem ersten Leitungstyp entgegengesetzten zweiten Leitungstyp aufweist und sich in direktem Kontakt mit der Eigenhalbleiterschicht befindet.
  17. Photovoltaikeinheit nach Anspruch 14, das ferner eine Passivierungsschicht, einen Rückseitenfeldbereich oder eine Kombination der Passivierungsschicht und des Rückseitenfeldbereichs zwischen der germaniumhaltigen kristallinen Halbleiterschicht und der Rückseitenkontaktstruktur umfasst, die zwischen der oberen Oberfläche des flexiblen Substrats liegt.
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