DE102014004390A1 - Solarzellenanordnung mit Bypass-Dioden - Google Patents

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Abstract

Eine Solarzellenanordnung einschließlich einer integrierten Halbleiterstruktur, die Folgendes aufweist: eine Multijunction-Solarzelle und eine Bypass-Diode geformt auf dem gleichen Substrat, wobei die Bypass-Diode geeignet ist um die Solarzelle in der Anordnung zu schützen, und wobei die Bodensubzelle geformt ist durch ein Germanium-Substrat mit einer Diffusionszone dotiert mit n-Typ Dotiermitteln einschließlich Phosphor und Arsen, wobei ein oberer Teil von dieser Diffusionszone eine höhere Konzentration von Phosphor (P) Atomen als Arsen (As) Atomen besitzt, und ein unterer Teil in dem As Atome eine höhere Konzentration verglichen mit den P Atomen haben.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die folgende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Solarzellenhalbleitervorrichtungen und insbesondere auf integrierte Halbleiterstrukturen, einschließlich Multijunction-Solarzellen und eine integrierte Bypass-Diode.
  • 2. Beschreibung verwandter Technik
  • Photovoltaische Zellen, die auch als Solarzellen bezeichnet werden, sind eine der wichtigsten neuen Energiequellen, die in den letzten Jahren verfügbar wurden. Beträchtlicher Aufwand wurde bei der Solarzellenentwicklung eingesetzt. Infolgedessen werden Solarzellen derzeit in einer Anzahl von kommerziellen und verbraucherorientierten Anwendungen verwendet. Obwohl signifikanter Fortschritt auf diesem Gebiet erzielt wurde, hat das Erfordernis für Solarzellen diese Bedürfnisse zu erfüllen, wie sie bei komplizierteren Anwendungen auftreten nicht mit der Nachfrage Schritt gehalten. Anwendungen bei Satelliten, die in der Datenübertragung verwendet werden, haben dramatisch die Nachfrage nach Solarzellen erhöht, die die Leistung und Energieumwandlungscharakteristika verbessert haben.
  • Bei Satellitenanwendungsfällen und anderen Weltraumanwendungen sind Größe, Abmessungen und Kosten des Satellitenleistungssystems abhängig von der Leistungs- und Energieumwandlungseffizienz der Solarzellen, die verwendet werden. Anders ausgedrückt gilt: die Größe der Payload und die Verfügbarkeit von On-Board Dienstleistungen ist proportional zur gelieferten Leistungsmenge. Wenn somit die Payloads komplizierter werden, werden Solarzellen wichtiger, die als Leistungsumwandlungsvorrichtungen für an Bord befindliche Leistungssysteme dienen.
  • Solarzellen werden oftmals in vertikalen Multijunction-Strukturen (mehrere p-n-Übergänge aufweisende Strukturen) hergestellt und in horizontalen Anordnungen, wobei die individuellen Solarzellen miteinander in Serie geschaltet sind. Die Form und Struktur einer Anordnung wie auch die Anzahl der Zellen, die darin enthalten ist, wird bestimmt, und zwar zum Teil durch die Soll-Ausgangsspannung und den Soll-Ausgangsstrom.
  • Wenn alle Solarzellen in einer Anordnung Sonnenlicht empfangen oder beleuchtet sind, so wird jede Zelle der Anordnung in Vorwärtsrichtung oder Durchlassrichtung (forward biased) vorgespannt und wird Strom führen. Wenn jedoch irgendeine der Zellen, wegen Schattenbildung oder Schädigung nicht beleuchtet ist, so befinden sich diese abgeschatteten Zellen noch immer in der Schaltung der Anordnung und können dazu gezwungen werden den durch die beleuchteten Zellen erzeugten Strom zu führen. Diese Umkehrvorspannung kann die Zellen verschlechtern und kann schließlich die Zellen in einen nicht betriebsbereiten Zustand bringen. Um diese Umkehrvorspannung (reverse biased) zu vermeiden, wird oftmals eine Diodenstruktur implementiert, die parallel mit den Solarzellen in einer einzigen Multijunction-Zelle vorgesehen ist.
  • Wenn die Solarzelle jedoch kein Sonnenlicht empfängt, entweder wegen der Schattenbildung durch die Bewegung des Satelliten oder infolge einer Schädigung der Zelle, dann existiert Widerstand entlang dem Zellenpfad oder der Zellenbahn. Wenn Solarzellen in einer Anordnung existieren, so muss der Strom von beleuchteten Zellen durch die abgeschatteten Zellen fließen. Wenn keine Diode vorhanden wäre, so würde der Strom seinen Weg durch die Zellschichten erzwingen und die Vorspannung derartiger Zellen umkehren und permanent verschlechtern, wenn nicht sogar die elektrischen Charakteristika solcher Zellen zerstören.
  • Wenn die Zelle eine Diode enthält, kann jedoch dem Strom ein alternativer paralleler Weg oder Pfad angeboten werden und die abgeschatteten Zellen werden bewahrt. Das Problem bei diesem Konzept besteht in der Schwierigkeit der Schaffung einer Diode die relativ leicht herzustellen ist, und die einen sehr niedrigen Spannungspegel zum Einschalten und zum Betrieb benötigt.
  • Der Zweck der Bypass-Diode besteht darin den Strom weg von der beschatteten oder beschädigten Zelle zu ziehen. Die Bypass-Diode wird in Durchlassrichtung vorgespannt, wenn die beschattete Zelle rückwärts vorgespannt wird. Da die Solarzelle und die Bypass-Diode parallel geschaltet sind, zieht die Diode den Strom weg von der geschatteten Zelle und komplimentiert den elektrischen Strom zur Aufrechterhaltung der Verbindung zur nächsten Zelle anstelle den Strom durch die abgeschattete Zelle zu zwingen.
  • Wenn eine Zelle beschattet ist oder in anderer Weise kein Sonnenlicht erhält, muss, damit der Strom den Diodenpfad wählt, die Spannungsumkehr für den Diodenpfad kleiner sein als die Durchbruchspannung längs des Zellenpfades. Die Durchbruchspannung längs des Zellenpfades liegt typischerweise bei mindestens fünf Volt, wenn nicht mehr. In einer Implementierung wird eine Schottky Bypass-Diode verwendet. Der Schottky Kontakt erfordert eine relativ kleine Spannungsgröße um eingeschaltet zu werden und zwar ungefähr 600 Millivolt. In einer Multijunction-Solarzelle mit einem Germanium Substrat jedoch muss für das Durchlaufen durch den Ge-Übergang (junction) die Vorspannung des Ge-Übergangs umgekehrt werden, was eine große Spannung erfordert. Die Umkehr der Vorspannung des Ge-Übergangs (Ge-junction, pn-Übergang in Ge) erfordert annähernd 9,4 Volt, sodass nahezu zehn Volt benötigt werden, damit der Strom dem Diodenpfad folgen kann. 10 Volt verwendet zur Umkehr der Vorspannung des Ge-Übergangs bedeutet 10 Volt weniger als ansonsten für die anderen Anwendungen verfügbar wäre.
  • Da eine Solarzelle in einer vertikalen Multijunction-Struktur hergestellt wird, wird normalerweise ein elektrischer Kontakt auf der oberen Oberfläche oder Oberseite der Zelle platziert und der andere Kontakt wird am Boden (der Unterseite) der Zelle platziert um interne Zwischenverbindungen zu vermeiden, die die Zuverlässigkeit und die Kosten beeinflussen könnten. Eine Verschiedenheit von Konstruktionen ist auch bekannt bei denen beide Kontakte auf einer Seite der Zelle platziert sind, wie dies beispielsweise durch U.S. Patentanmeldung Ser. Nr. 11/109 616 des Anmelders gezeigt ist. Das Vorhandensein einer Bypass-Diode in einer integrierten Solarzelle bildet eine weitere Komplikation da eine Verbindung vorgesehen werden muss von sowohl der Multijunction-Solarzelle und von der Bypass-Diode von der Oberseite der ersten Zelle zur Unterseite der benachbarten Zelle in der Anordnung.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • 1. Ziele der Erfindung
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Solarzellenanordnung vorzusehen.
  • Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung eine integrale Bypass-Diode in einer Solarzelle vorzusehen, die die benachbarte Solarzelle in einer Anordnung schützt.
  • Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung eine Multijunction-Solarzelle mit einer Bypass-Diode vorzusehen und zwar geformt auf dem gleichen Substrat, wobei die Bypass-Diode die benachbarte Solarzelle in der Anordnung schützt und wobei die Boden-Subzelle, d. h. die untere Sub-Zelle geformt wird durch ein Germanium Substrat mit einer Diffusionszone dotiert mit n-Typ-Dotiermitteln einschließlich Phosphor und Arsen, wobei ein oberer Teil einer solchen Diffusionszone eine höhere Konzentration von Phosphor (P) Atomen als Arsen (As) Atomen hat, und wobei ein unterer Teil vorgesehen ist, in dem die As Atome eine höhere Konzentration verglichen mit den P Atomen besitzen.
  • Weitere Ziele Vorteile und neue Merkmale der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus dieser Offenbarung und zwar einschließlich der folgenden detaillierten Beschreibung sowie auch durch Ausübung der Erfindung. Obwohl die Erfindung im Folgenden und in Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben ist, so ist doch klar, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist. Der Fachmann, der den Zugriff zu den Lehren, die hier geboten werden hat, wird erkennen, dass zusätzliche Anwendungen, Modifikationen und Ausführungsbeispiele auf anderen Gebieten möglich sind, die innerhalb des Rahmens der Erfindung liegen wie sie hier offenbart und beansprucht ist, und wo auch die Erfindung Brauchbarkeit haben könnte.
  • 2. Merkmale der Erfindung
  • Kurz und allgemein gesagt, sieht die Erfindung eine Solarzellenanordnung vor, die Folgendes aufweist:
    eine erste Solarzelle einschließlich einer ersten Halbleiterzone, einschließlich eines ersten Anschlusses eines ersten Leitfähigkeits-Typs auf der oberen Oberfläche (Oberseite) der ersten Solarzelle und mit einem zweiten Anschluss eines zweiten Leitfähigkeits-Typs auf der Bodenoberfläche (bzw. unteren Oberfläche; oder Unterseite) der ersten Solarzellen und eine zweite Halbleiterzone; wobei die erste Halbleiterzone der ersten Solarzelle Folgendes umfasst:
    eine erste Subzelle einschließlich einem Germanium (Ge) Substrat mit einer Diffusionszone dotiert mit n-Typ-Dotiermitteln einschließlich Phosphor und Arsen, wobei ein oberer Teil einer derartigen Diffusionszone eine höhere Konzentration von Phosphor (P) Atom als von Arsen (As) Atom besitzt, wobei ferner die Diffusionszone einen unteren Teil aufweist, und As Atome eine höhere Konzentration verglichen mit den P Atomen in dem unteren Teil besitzen, und wobei ferner eine zweite Subzelle einschließlich einer Schicht aus Gallium-Arsenit (GaAs) oder Indium Galliumarsenid (InGaAs) über den Substrat angeordnet ist, und eine Nukleations- bzw. Keimbildungsschicht in direktem körperlichen Kontakt mit dem Substrat vorhanden ist, wobei die Nukleations- bzw. Keimbildungsschicht, die die Diffusion von As Atomen in das Substrat steuert, wobei die Keimbildungsschicht kein Arsen enthält; die zweite Halbleiterzone der ersten Solarzelle weist eine erste Bypass-Diode auf mit einem ersten Anschluss eines ersten Leitfähigkeits-Typs und einen zweiten Anschluss eines zweiten Leitfähigkeits-Typs, wobei der Anschluss des zweiten Leitfähigkeits-Typs elektrisch isoliert ist von den Halbleiterzonen der ersten Solarzelle;
    eine zweite Solarzelle ist angeordnet benachbart zur ersten Solarzelle, wobei die zweite Solarzelle eine erste Halbleiterzone aufweist, einschließlich eines ersten Anschluss eines ersten Leitfähigkeits-Typs auf der oberen Oberfläche oder Oberseite der zweiten Solarzelle und einen zweiten Anschluss eines zweiten Leitfähigkeits-Typs auf der Bodenoberfläche (der unteren Oberfläche) der zweiten Solarzelle und eine zweite Halbleiterzone;
    die erste Halbleiterzone der zweiten Solarzelle weist Folgendes auf: eine erste Subzelle einschließlich eines Germanium (Ge) Substrats mit einer Diffusionszone dotiert mit n-Typ-Dotiermitteln einschließlich Phosphor und Arsen, wobei ein oberer Teil einer derartigen Diffusionszone oder -region eine höhere Konzentration von Phosphor (P) Atomen als Arsen (As) Atomen aufweist, wobei die Diffusionszone ferner einen unteren Teil aufweist und die As Atome eine höhere Konzentration besitzen verglichen mit P Atomen in dem unteren Teil wobei eine zweite Subzelle eine Schicht entweder aus Galliumarsenid (GaAs) oder Indium Galliumarsenid (InGaAs) angeordnet über dem Substrat aufweist, und eine Keimbildungsschicht in direktem körperlichen Kontakt mit dem Substrat ist, wobei die Keimbildungsschicht, die die Diffusion der As Atome in das Substrat steuert frei von Arsen ist; die zweite Halbleiterzone der zweiten Solarzelle weist eine zweite Bypass-Diode auf mit einem ersten Anschluss eines ersten Leitfähigkeits-Typs und einem zweiten Anschluss eines zweiten Leitfähigkeits-Typs, wobei der Anschluss des zweiten Leitfähigkeits-Typs elektrisch isoliert ist von den Halbleiterzonen der zweiten Solarzelle; wobei der zweite Anschluss eines zweiten Halbleitertyps der ersten Bypass-Diode der ersten Solarzelle elektrisch verbunden ist mit dem ersten Anschluss eines ersten Leitfähigkeits-Typs der zweiten Solarzelle, und wobei der erste Anschluss eines ersten Leitfähigkeits-Typs der ersten Bypass-Diode der ersten Solarzelle elektrisch verbunden ist mit dem zweiten Anschluss eines zweiten Leitfähigkeits-Typs der ersten Solarzelle und mit dem ersten Anschluss eines ersten Leitfähigkeits-Typs der zweiten Solarzelle.
  • In einigen Ausführungsbeispielen besitzt die Keimbildungsschicht einen Gitterparameter im Wesentlichen gleich dem Gitterparameter des Germaniumsubstrats.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist die Keimbildungsschicht eine Verbindung von InGaP.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist die Keimbildungsschicht mit einer Dicke gleich 350 Angstrom oder weniger vorgesehen.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist eine Übergangsschicht (Junction-Schicht) in dem Germaniumsubstrat angeordnet zwischen 0,3 μm und 0,7 μm von der Oberseite (oder Oberfläche) des Germaniumsubstrats.
  • In einigen Ausführungsbeispielen haben der diffundierte Phosphor und das Arsen in dem Germaniumsubstrat ein Diffusionsprofil angeordnet um Strom und Spannungscharakteristika vorzusehen, die die Leistungsausgangsgröße der Solarzelle optimieren.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist eine dritte Subzelle über der zweiten Subzelle angeordnet.
  • In einigen Ausführungsbeispielen weist die Diffusionszone ein zweistufiges Diffusionsprofil auf.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist das Germaniumsubstrat vom p-Typ.
  • In einigen Ausführungsbeispielen entspricht die Diffusionszone einem n-Typ-Teil einer flachen n-p Übergangsschicht (Junction) in dem Germanium Substrat (n-p-Übergang in Ge).
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist die dritte Subzelle aus InGaP aufgebaut.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist eine Pufferschicht über der Keimbildungsschicht angeordnet.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist die Pufferschicht aus GaAs aufgebaut.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist die Dicke der dritten Subzelle derart konfiguriert, dass der Kurzschlussstrom der dritten Subzelle gleich dem Kurzschlussstrom der zweiten Subzelle ist.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist die Diffusionstiefe des As Dotiermittels in der zweistufigen Diffusionszone größer als eine Tiefe der Diffusion des P Dotiermittels in der zweistufigen Diffusionszone.
  • In einigen Ausführungsbeispielen koppelt (verbindet) ein erstes Metallzwischenverbindungsglied die Kathode der ersten Solarzelle mit der Anode der zweiten Solarzelle; und ein zweites Metallzwischenverbindungsglied koppelt (verbindet) die Kathode der erwähnten ersten Bypass-Diode mit der Anode der zweiten Solarzelle.
  • In einigen Ausführungsbeispielen koppelt (verbindet) ein drittes Metallzwischenverbindungsglied eine zweite Zone der Anode der ersten Bypass-Diode mit einer zweiten Zone auf der Anode der zweiten Solarzelle.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist die erste Bypass-Diode derart ausgebildet, dass dann wenn die zweite Solarzelle in Durchlassrichtung vorgespannt (forward biased) ist, die erste Bypass-Diode in Umkehrrichtung vorgespannt (reverse biased) ist und dass dann, wenn die zweite Solarzelle umgekehrt vorgespannt ist, die erste Bypass-Diode in Durchlass- bzw. Vorwärtsrichtung vorgespannt ist.
  • In einigen Ausführungsbeispielen weist die erste Solarzelle einen Halbleiterkörper auf mit einer Folge von Schichten von Halbleitermaterial, wobei die erste Zone der ersten Solarzelle eine Sequenz oder Folge von Schichten von Halbleitermaterial aufweist, was eine Folge oder Sequenz von Zellen einer Multijunction-Solarzelle bildet; und die zweite Zone der ersten Solarzelle ist. getrennt von der erwähnten ersten Zone durch einen Trog oder Graben in der erwähnten Folge von Schichten, wobei eine Halterung oder Stützung für die erste Bypass-Diode erfolgt, um die zweite Solarzelle gegenüber Umkehrvorspannung zu schützen, dadurch, dass gestattet ist, dass der Strom durch die erste Bypass-Diode fließt wenn die zweite Solarzelle abgeschattet ist.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist das zweite Metallzwischenverbindungsglied ein Metall-Clip, der sich zwischen der oberen Oberfläche der Anode der ersten Bypass-Diode auf der ersten Zelle und der Oberfläche der zweiten Solarzelle erstreckt.
  • In einigen Ausführungsbeispielen besitzt der Metall-Clip ein ebenes erstes Ende, einen Mittelteil und ein ebenes zweites Ende.
  • In einigen Ausführungsbeispielen macht das erwähnte planare oder ebene erste Ende des zweiten Verbindungsgliedes eine elektrische Verbindung mit dem ersten Teil der erwähnten Anode der ersten Bypass-Diode.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist das erste Metallzwischenverbindungsglied von serpentinenförmiger Gestalt und besitzt einen ersten Endteil verbunden mit der erwähnten ersten Solarzelle, einen zweiten Endteil verbunden mit der ersten Zone auf der Anode der zweiten Bypass-Diode und einen Mittelteil verbunden mit der zweiten Solarzelle.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist das zweite Metallzwischenverbindungsglied von serpentinenförmiger Gestalt und besitzt einen ersten Endteil verbunden mit der erwähnten ersten Solarzelle, einen zweiten Endteil verbunden mit der erwähnten zweiten Zone der Anode der Bypass-Diode und einen Mittelteil verbunden mit der zweiten Solarzelle.
  • In einigen Ausführungsbeispielen umfassen die ersten und zweiten Metallzwischenverbindungsglieder drei langgestreckte elektrische Kontaktglieder, die durch Spalten getrennt sind.
  • In einigen Ausführungsbeispielen weist die erste Solarzelle eine Vielzahl von elektrischen Kontaktelementen oder Kontaktanschlüssen (Kontakt-Pads) auf und zwar positioniert auf einer Oberseite (oberen Oberfläche) und zwar jeweils in Kontakt mit einem der ersten und zweiten Metallzwischenverbindungsgliedern.
  • In einigen Ausführungsbeispielen weist die Bypass-Diode der ersten Solarzelle einen elektrischen Kontakt bzw. ein elektrisches Kontaktelement auf, und zwar positioniert auf einer oberen Oberfläche (Oberseite) der ersten Solarzelle, wobei das elektrische Kontaktelement bzw. der elektrische Kontakt die ersten und zweiten Zonen der Bypass-Diode umfasst, um die Kopplung mit den ersten und zweiten Zwischenverbindungsgliedern herzustellen.
  • In einigen Ausführungsbeispielen weisen die ersten und zweiten Zwischenverbindungsglieder jeweils ebene erste und zweite Abschnitte auf und einen Zwischenabschnitt, wobei die Zwischenabschnitte jeweils gebogen sind mit entgegengesetzt liegenden Armen, die im Wesentlichen parallel verlaufen.
  • In einigen Ausführungsbeispielen sind die ersten und zweiten Metallzwischenverbindungsgliedern jeweils ein Metall-Clip (Federklemme), der sich zwischen einer oberen Oberfläche (Oberseite) der Anode der Bypass-Diode auf der ersten Solarzelle und der Anode der zweiten Solarzelle erstreckt.
  • In einigen Ausführungsbeispielen weisen die ersten und zweiten Zwischenverbindungsglieder jeweils erste und zweite Enden auf und zwar positioniert auf unterschiedlichen vertikalen Niveaus bezüglich der Höhe der Solarzellen.
  • In einigen Ausführungsbeispielen verbindet das erste Zwischenverbindungsglied die Anode der Bypass-Diode mit der Kathode der ersten Solarzelle an einer Vielzahl von Kontaktpunkten.
  • In einigen Ausführungsbeispielen hat jede Lage oder Schicht in der ersten Halbleiterzone die gleiche Zusammensetzung wie die entsprechende Schicht in der zweiten Halbleiterzone und wird in einem Prozess vorgesehen, der der gleiche ist, wie der Prozess zum Vorsehen der entsprechenden Schicht in der zweiten Zone; und ferner ist vorgesehen, dass eine seitliche Halbleiterschicht abgeschieden ist auf dem erwähnten Substrat einschließlich eines ersten Teils angeordnet in der ersten Zone und eines zweiten Teils angeordnet in der zweiten Zone und körperlich bzw. physikalisch getrennt von dem ersten Teil, wobei der erwähnte zweite Teil der seitlichen oder lateralen Halbleiterschicht eine erste Zone aufweist, die direkt und elektrisch eine erste aktive Schicht der ersten Bypass-Diode kontaktiert und eine zweite Zone seitlich beabstandet davon von der ersten Zone die direkt und elektrisch die erste Metallschicht kontaktiert, die den ersten Anschluss der Solarzelle bildet.
  • In einigen Ausführungsbeispielen sind die ersten und zweiten Bypass-Dioden als p-i-n Dioden aus GaAs aufgebaut.
  • In einigen Ausführungsbeispielen sind die zweiten Bypass-Dioden p-n Dioden.
  • In einigen Ausführungsbeispielen sind die zweiten Bypass-Dioden Schottky Dioden.
  • In einigen Ausführungsbeispielen sind die ersten und zweiten Bypass-Dioden aufgebaut aus einer ersten Schicht bestehend aus InGaP, einer zweiten Schicht bestehend aus GaAs, und einer dritten Schicht bestehend aus InGaP.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist eine zweite Metallschicht über der erwähnten InGaP Schicht abgeschieden und bildet einen Schottky Übergang mit der zweiten InGaP Schicht.
  • In einigen Ausführungsbeispielen bildet das Substrat einen elektrischen Verbindungspfad zwischen dem zweiten Anschluss der ersten Solarzelle und dem ersten Anschluss der ersten Bypass-Diode.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Multijunction-Solarzellen-Anordnung vor, wobei Folgendes vorgesehen ist:
    Formen einer ersten Solarzelle durch Vorsehen eines p-Typ Ge Substrats, Abscheiden einer Nukleations- oder Keimbildungsschicht über und direkt in Kontakt mit dem p-Typ Ge Substrat;
    Abscheiden einer GaAs Schicht über der Keimbildungsschicht; und
    Abscheiden einer Folge von Schichten über der GaAs Schicht bei metallorganischen chemischen Dampfabscheidungswachstumstemperaturen zur Bildung von mindestens einer solaren Subzelle, so dass Arsen Atome enthalten in der GaAs Schicht durch Festkörperdiffusion in das p-Typ Ge Substrat bei den metallorganischen chemischen Dampfabscheidungswachstumstemperaturen diffundieren, wobei ein n-p Übergang (junction) in dem p-Typ Ge Substrat geformt wird, der ein zweistufiges Dotierprofil besitzt mit einer n-Typ dotierten Zone benachbart zur Keimbildungsschicht gebildet aus Dotieratomen diffundiert von der Keimbildungsschicht und einer zweiten n-Typ dotierten Zone unterhalb der ersten n-Typ dotierten Zone gebildet aus den Arsen Atomen diffundiert von der GaAs Pufferschicht;
    Formen einer Bypass-Diode auf dem Substrat der ersten Solarzelle;
    Formen einer zweiten Solarzelle durch Vorsehen eines p-Typ Ge Substrats;
    Abscheiden einer Keimbildungsschicht über und in direktem Kontakt mit der mit dem p-Typ Ge Substrat;
    Abscheiden einer GaAs Schicht der Keimbildungsschicht; und
    Abscheiden einer Folge von Schichten über der GaAs Schicht bei metallorganischen chemischen Dampfabscheidungswachstumstemperaturen zur Bildung mindestens einer solaren Subzelle, so dass die Arsen Atome enthalten in der GaAs Schicht durch Festkörperdiffusion in das p-Typ Ge Substrat diffundieren bei den metallorganischen chemischen Dampfabscheidungswachstumstemperaturen, wobei ein n-p Übergang (Junction) in dem p-Typ Ge Substrat gebildet wird, das ein zweistufiges Dotierprofil besitzt mit einer ersten n-Typ dotieren Zone benachbart zur Keimbildungsschicht geformt aus Dotieratomen diffundiert von der Keimbildungsschicht und eine zweite n-Typ dotierte Zone unterhalb der ersten n-Typ dotierten Zone gebildet aus Arsen Atomen diffundiert von der GaAs Pufferschicht.
  • Die neuen Merkmale, die als Charakteristik für die Erfindung angesehen werden, sind insbesondere in den beigefügten Ansprüchen erwähnt. Die Erfindung selbst jedoch sowohl als Aufbau und Verfahren des Betriebs betreffen zusammen mit zusätzlichen Zielen und Vorteilen können verstanden werden aus der folgenden Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele beim Lesen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung können besser und vollständiger durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung betrachtet mit den beigefügten Zeichnungen geschätzt werden; in der Zeichnung zeigt:
  • 1A eine Solarzellenanordnung und die Verwendung von Solarzellen mit einer integrierten Bypass-Diode gemäß dem Stand der Technik, wobei die interne Anordnung jeder Solarzelle dargestellt ist;
  • 1B ein stark vereinfachtes Diagramm der Serienverbindung oder Zwischenverbindung zwischen den Solarzellen in einer Anordnung gemäß 1A;
  • 1C ein Schaltungsdiagramm einer einzigen Solarzelle mit einer Bypass-Diode gemäß dem Stand der Technik;
  • 2A ein Schaltungsdiagramm einer Solarzellenanordnung unter Verwendung von Solarzellen mit einer integralen Bypass-Diode verbunden mit einer benachbarten Solarzelle gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • 2B ein stark vereinfachtes Schaltungsdiagramm der Serienzwischenverbindung in Verbindung zwischen Solarzellen in einer Anordnung gemäß 2A;
  • 3A eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Solarzelle mit einer Bypass-Diode und zwar in der Ebene 3A-3A in 5B des ersten Ausführungsbeispiels;
  • 3B eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Solarzelle mit einer Bypass-Diode in einem ersten Ausführungsbeispiel wobei der Schnitt längs der Linie 3B-3B in 5B erfolgt ist;
  • 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Solarzelle mit einer Bypass-Diode in einem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 5A eine Draufsicht auf einen Wafer mit zwei Solarzellen, jedes Mal mit einer Bypass-Diode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
  • 5B einen vergrößerten Teil der Draufsicht der 5A;
  • 5C eine Draufsicht auf die Solarzelle mit einer Bypass-Diode gemäß 5A in einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Offenbarung;
  • 5D eine Ansicht von unten der Solarzelle mit einer Bypass-Diode gemäß 5C;
  • 5E eine Draufsicht einer Solarzelle mit einer Bypass-Diode ausgeschnitten aus dem Wafer der 5A in einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Offenbarung;
  • 6 eine vergrößerte Querschnittsansicht der Solarzelle mit einer Bypass-Diode der 3A nach Anbringung einer Zwischenverbindung und eines Abdeckglases;
  • 7A eine stark vereinfachte perspektivische Ansicht von zwei benachbarten Solarzellen in einer Solarzellenanordnung der 2A wobei die Zwischenverbindung der Bypass-Diode von einer Halbleiterstruktur mit dem oberen Anschluss der Solarzelle in einer benachbarten Halbleiterstruktur gezeigt ist;
  • 7B ein Querschnitt von zwei benachbarten Halbleiterstrukturen gezeigt in 7A mit einer Zwischenverbindung, die die Bypass-Diode der ersten Halbleiterstruktur mit dem oberen Anschluss der Solarzelle in der benachbarten zweiten Halbleiterstruktur verbindet;
  • 7C eine stark vereinfachte perspektivische Ansicht eines Teils einer Anordnung die zwei benachbarte Solarzellen in einem Ausführungsbeispiel der 5C verwendet, wobei insbesondere die Zwischenverbindung des Anodenanschlusses auf der Rückseite der ersten Solarzelle gezeigt ist, die mit dem Kathodenanschluss auf der Oberseite der benachbarten Solarzelle die Verbindung herstellt;
  • 7D eine stark vereinfachte perspektivische Ansicht eines Teils einer Anordnung, die zwei benachbarte Solarzellen in dem Ausführungsbeispiel der 5E verwendet, wobei speziell die Zwischenverbindung des Anodenanschlusses der Bypass-Diode in der ersten Halbleiterstruktur mit dem Kathodenanschluss der zweiten Solarzelle in der benachbarten zweiten Halbleiterstruktur dargestellt ist;
  • 7E eine stark vereinfachte perspektivische Ansicht eines Teils einer Anordnung, die zwei benachbarte Solarzellen in dem Ausführungsbeispiel der 5E verwendet und zwar insbesondere darstellend die Zwischenverbindung des Kathodenanschlusses auf der Oberseite der ersten Solarzelle in einer ersten Halbleiterstruktur und zwar verbunden mit dem Anodenanschluss auf der Rückseite der benachbarten zweiten Solarzelle in einer zweiten Halbleiterstruktur, wobei zusätzlich die Zwischenverbindung des Anodenanschlusses der Bypass-Diode der ersten Halbleiterstruktur mit dem Kathodenanschluss der zweiten Solarzelle in der benachbarten Halbleiterstruktur in 7D gezeigt, dargestellt ist;
  • 8 eine vergrößere Querschnittsansicht der Bodenschichten oder unteren Schichten der Solarzelle dargestellt in 3A;
  • 9 ein elektrochemisches Ätzprofil eines diffundierten Germaniumübergangs (Ge Junction) in einer typischen Dual-Übergangsvorrichtung (pn Übergang in Ge) mit einer Galliumarsenid (GaAs) Keimbildungsschicht neben dem p-Ge Substrat;
  • 10 ein elektrochemisches Ätzprofil einer Probe mit einer Keimbildungsschicht zwischen dem Galliumarsenid (GaAs) und dem p-Ge Substrat; und
  • 11 das elektrochemische Ätzprofil einer Probe mit einem zweistufigen Profil gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
  • Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben und zwar einschließlich exemplarischer Aspekte und Ausführungsbeispiele der Erfindung. Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und die folgende Beschreibung sei bemerkt, dass die gleichen Bezugszeichen verwendet werden um die gleichen oder funktionsmäßig ähnliche Elemente zu bezeichnen und es ist beabsichtigt die Hauptmerkmale der beispielhaften Ausführungsbeispiele in stark vereinfachter schematischer Art und Weise zu veranschaulichen. Darüber hinaus ist nicht beabsichtigt, dass die Zeichnungen jedes Merkmal des tatsächlichen Ausführungsbeispiels oder die relativen Abmessungen der dargestellten Elemente darstellen, die nicht maßstabsgerecht gezeigt sind.
  • Die Erfindung bezieht sich auf die Zwischenverbindung der Anoden- und Kathodenkontakte von den III–V Multi-Junction-Solarzellen in irgendeiner Anordnung durch Verwendung von Metallclips (Verbindungen), die mit den angrenzenden Zellen verbunden oder verschweißt sind. Solarzellenhalbleitervorrichtungen wie die in U.S. Pat. Nr. 6 680 432 beschriebenen weisen oftmals Bypass-Dioden auf, die epitaxial auf das Substrat aufgewachsen sind, die aber von der Solarzellenstruktur durch einen Graben getrennt sind, der eine elektrische Isolierung der Solarzelle und der Bypass-Diode vorsieht. Die Oberfläche des Grabens ist durch ein dielektrisches Material irgendeines geeigneten Materials abgedeckt, das nicht leitend ist und die Möglichkeit reduziert dass entlang der Kante der Zelle eine elektrische Bahn oder ein Kurzschlusspfad kreiert werden.
  • 1A ist eine Solarzellenanordnung, die eine Vielzahl von Solarzellenhalbleiterstrukturen 100, 200 und 300 aufweist und zwar dargestellt in einem stark schematischen Format und gemäß dem Stand der Technik, wobei die interne Anordnung jeder Struktur gezeigt ist. Jede Struktur weist Multijunction-Solarzellen 101 bzw. 201, bzw. 301 auf, wobei jede beispielsweise Folgendes aufweist: Tandem-Solar-Subzellen 102, 103, und 104; 202, 203, bzw. 204; bzw. 302, 303, bzw. 304 in Strukturen 100, 200 bzw. 300. Jede der Solarzellenstrukturen 100, 200 und 300 weist jeweils eine integrale Bypass-Diode 106, 206 bzw. 306 auf, die parallel mit den Subzellen in dieser Struktur geschaltet sind. Somit ist der Kathodenanschluss in der oberen Solarzelle (beispielsweise 104) mit einer internen elektrischen Zwischenverbindung 105 verbunden mit der elektrischen Zwischenverbindung 107 des Anodenanschlusses der entsprechenden internen Bypass-Diode (beispielsweise 106). Der Anodenanschluss der Bodensolarzelle bzw. unteren Solarzelle (beispielsweise 102) ist intern verbunden mit dem Kathodenanschluss der entsprechenden internen Bypass-Diode (beispielsweise 106). Jede der Strukturen 100, 200 und 300 besitzt Anschlüsse 109 und 110 bzw. 209 und 210 bzw. 309 und 310.
  • 1B ist ein stark vereinfachtes Diagramm einer elektrischen Serienverbindung zwischen den Solarzellen in einer Anordnung gemäß 1A. Der Anschluss 110 in der Struktur 100 ist verbunden mit Anschluss 209 der Struktur 200 und Anschluss 210 der Struktur 200 ist verbunden mit Anschluss 309 der Struktur 300 usw.
  • 1C ist ein Schaltungsdiagramm einer einzigen Solarzellenstruktur 200 einschließlich einer Solarzelle 201 und einer Bypass-Diode 206 verbunden parallel damit gemäß dem Stand der Technik. 1C veranschaulicht eine Triple-Junction-(Dreifach-Übergangs-)Solarzellenstruktur 201 mit einer Bypass-Diode, wie beispielsweise dargestellt in der 1A. Die Solarzelle 201 weist drei Subzellen auf und zwar einschließlich einer oberen Zelle 204, einer Mittelzelle 203 und einer Bodenzelle 202 und die Bypass-Diode 206 ist parallel damit geschaltet. In einem Ausführungsbeispiel ist der Widerstandsblock der den elektrischen Widerstand von dem Teil der Triple Junction Solarzellenstruktur umfasst der unterhalb der Bypass-Diode 206 angeordnet ist, speziell im Querschnitt der 3A gezeigt.
  • Während des normalen Betriebs (beispielsweise wenn die Solarsubzellen 202, 203 und 204 dem Sonnenlicht, solarem Licht, Licht, Strahlung und/oder Photonen ausgesetzt sind), sind die Solarsubzellen 202–204 in Vorwärtsrichtung bzw. Durchlassrichtung vorgespannt. Sie wandeln Solarenergie in elektrische Energie um und erzeugen elektrischen Strom für die benachbarten Solarzellen die in Serie geschaltet sind. Es sei bemerkt, dass die Ausdrücke Sonnenlicht, Solarlicht, Licht, Strahlung und/oder Photonen austauschbar hier verwendet werden können. In diesem Ausführungsbeispiel sind benachbarte Solarzellen in einer Serie organisiert wie dies in 1B gezeigt ist. Obwohl die Solarzellen 202–204 in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind, ist die Bypass-Diode 206 in Umkehrrichtung oder Sperrrichtung vorgespannt, da die Bypass-Diode 206 eine entgegengesetzte Polarität gegenüber den Solarzellen besitzt. Wenn somit die Bypass-Diode 206 in der Umkehrvorspannungsbetriebsart ist, läuft kein elektrischer Strom durch die Bypass-Diode 206
  • Sodann erreicht der von den benachbarten Solarzellen erzeugte elektrische Strom die Solarzellen 202–204 über den Pfad 210, wobei die Solarzellen 202–204 den gesamten elektrischen Strom führen, was den Strom umfasst, der durch die Solarzellen 202–204 umgewandelt ist, und Strom kommt von benachbarten Solarzellen durch Pfad 201 zu Pfad 209 über Pfad 212. Der Pfad 209 kann mit einer weiteren Solarzelle (wie beispielsweise mit dem Anschluss 110 der Solarzelle 100 gezeigt in 1B) verbunden werden und/oder mit anderen elektrischen Vorrichtungen.
  • Jedoch, während der Situation in der die Solarzellen 202–204 in Umkehrvorspannungsbetriebsart sind, wenn beispielsweise die Solarzellen 202–204 abgeschattet sind, so wird die Bypass-Diode 206 in Durchlassrichtung vorgespannt. In dieser Situation wird die Bypass-Diode 206 aktiv und leitet den Strom von den benachbarten Solarzellen über Pfad 210 zum Pfad 209 durch Pfad 214. Anders ausgedrückt, wenn die Solarzellen 202–204 in der Umkehrvorspannungsbetriebsart sind, wird die Bypass-Diode 206 in Vorwärtsrichtung oder Durchlassrichtung vorgespannt und verwendet den Pfad 214 um den Strom vom Pfad 201 zum Pfad 209 zu leiten. Auf diese Weise schützt in dieser Schaltungskonfiguration die Bypass-Diode die Zellen 202–204.
  • 2A ist ein stark vereinfachtes Schaltungsdiagramm einer Solarzellenanordnung, die Solarzellen mit einer integralen Bypass-Diode verwendet und zwar verbunden mit einer benachbarten Solarzelle gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Figuren zeigen eine Vielzahl von Solarzellenhalbleiterstrukturen 400, 500, 600 und 700 in einem stark schematisierten Format und zwar ist die interne Anordnung jeder Struktur gezeigt. Jede Struktur weist Multijunction-Solarzellen 501 bzw. 601 bzw. 701 auf, wobei jede Solarzelle beispielsweise Tandem-Solar-Subzellen 504, 506 und 508 bzw. 604, 606, 608; bzw. 704, 706 aufweist und zwar in Strukturen 500 bzw. 600 bzw. 700. Jede der Solarzellenstrukturen 500 und 700 umfasst eine integrale Bypass-Diode 470 bzw. 570 bzw. 670, die parallel geschaltet ist mit den solaren Subzellen in der Solarzelle in der benachbarten Struktur (d. h. Solarzellen 501 bzw. 601 bzw. 701). Auf diese Weise ist der Kathodenanschluss der oberen Solarzelle (beispielsweise 509) verbunden durch eine externe elektrische Zwischenverbindung 490 mit dem Anodenanschluss der entsprechenden internen Bypass-Diode 470 in der benachbarten Struktur 400. Der Anodenanschluss der Bodensolarzelle (beispielsweise 504) ist extern verbunden mit dem Kathodenanschluss der entsprechenden Bypass-Diode 406.
  • 2B ist ein stark vereinfachtes Schaltungsdiagramm der Serienzwischenverbindung zwischen den Solarzellen in einer Anordnung gemäß 2A. Somit ist der Kathodenanschluss 660 der oberen Solarzelle in Struktur 600 durch eine externe elektrische Zwischenverbindung 590 mit dem Anodenanschluss 580 der entsprechenden internen Bypass-Diode in der benachbarten Struktur 500 verbunden. Der Anodenanschluss 670 der Struktur 600 ist extern verbunden mit dem Kathodenanschluss 560 der benachbarten Solarzelle 500 um die individuellen Solarzellen in der Anordnung elektrisch in Serie zu verbinden.
  • 3A veranschaulicht eine detaillierte Querschnittsansicht einer integralen Halbleiterstruktur mit einer Triple-Junction-Solarzellenstruktur (Dreifachübergangs-Solarzellenstruktur) 640 und einer Bypass-Diode 503 und zwar durch die 3A-3A Ebene der 5B. Die Struktur weist ein Substrat 602 auf, ferner eine Triple-Junction-Solarzellenstruktur 640, und eine Bypass-Diode 620. Die Triple-Junction-Solarzellenstruktur weist ferner Boden-, mittlere und obere Subzellen 604 bzw. 606 bzw. 608 auf. Leitende Gitterleitungen 660 sind über einer seitlichen (lateralen) Leitungs- oder Kappenschicht 610 abgeschieden. Das Kontaktelement (Kontaktanschluss, Kontakt-Pad) 680 ist auch dargestellt und zwar als abgeschieden über der Bypass-Diode 675–677.
  • Mehr ins Einzelne gehend ist in einem Ausführungsbeispiel das Substrat ein p-Typ Germanium (”Ge”) Substrat 602, welches zur Gänze bedeckt ist mit einer Metallschicht 670 auf der Rückseite des Halbleiterwafers 600 zur Bildung eines unteren Metallkontaktelements (contact pad). Die Bodenzelle 604 enthält eine p-Typ Ge Basisschicht 602, eine n-Typ Ge Emitterschicht 612, und eine n-Typ GaAs Schicht 614. Die Basissicht 602 bildet einen oberen Teil des Substrats 602, was im Folgenden beschrieben wird. Die Schicht 610 in einem Ausführungsbeispiel kann durch Diffusion von Atomen in das Ge Substrat von einer abgeschiedenen Emitterschicht 612 geformt werden. Nachdem die Bodenzelle 604 hergestellt ist, wird eine Folge von p-Typ und n-Typ Tunnel-Junction-Schichten (Tunnelschichten, Tunnelübergangsschichten) 616 abgeschieden und zwar zur Bildung einer Struktur die manchmal als eine Tunneldiode beschrieben wird, die ein Schaltungselement vorsieht, um die Bodenzelle 604 mit der nächsten Subzelle 606 zu verbinden.
  • Die Mittelzelle 606 weist ferner eine Rückoberflächenfeldschicht (”BSF” = back surface field layer) 602 auf, dann eine p-Typ GaAs Basisschicht 622, eine n-Typ GaAs Emitterschicht 624, und schließlich eine n-Typ Gallium-Indium-Phosphid2 (GaInP2) Fensterschicht 626 auf. Die Basisschicht 622 ist über der BSF Schicht 620 abgeschieden sobald die BSF Schicht 620 über den Tunnel-Junction-Schichten 616 abgeschieden ist. Die Fensterschicht 626 wird darauf folgend auf der Emitterschicht 624 abgeschieden nachdem die Emitterschicht 624 auf der Basisschicht 622 abgeschieden ist. Die BSF Schicht 820 (Übersetzer: 620) wird dazu verwendet um den Rekombinationsverlust in der mittleren Zelle 606 zu reduzieren. Die BSF Schicht 620 treibt Minoritätsträger aus einer hochdotierten Zone nahe der Rückoberfläche (back surface) um den Effekt des Rekombinationsverlustes zu minimieren. Anders ausgedrückt, gilt Folgendes: eine BSF Schicht 620 reduziert den Rekombinationsverlust an der Rückseite oder Back-Side der Solarzelle und reduziert dadurch die Rekombination an der Emitterzone.
  • Die in der Mittelzelle 606 verwendete Fensterschicht 626 arbeitet auch zur Verminderung des Rekombinationsverlustes. Die Fensterschicht 626 verbessert die Passivierung der Zellenoberfläche der darunterliegenden Junctions (Übergange). Der Fachmann erkennt, dass bei der Zellenstruktur eine zusätzliche Schicht oder zusätzliche Schichten hinzugefügt oder weggelassen werden können ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Vor dem Abscheiden der Schichten der oberen Zelle 608 werden die p-Typ und n-Typ Tunnel-Junction-Schichten 630 über der Mittelzelle 606 abgeschieden um eine Tunneldiode zu formen, die die Mittelzelle 606 mit der oberen Zelle 608 verbindet.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die obere Zelle 608 die folgende Schichtenfolge auf: Eine p-Typ Indium-Gallium-Aluminum-Phosphid2 (”InGaAlP”) BSF Schicht 640, eine p-Typ GaInAP2 Basisschicht 642, und eine n-Typ2 Emitterschicht 644, und eine n-Typ Aluminum-Indium-Phosphid2 (”AlInP2”) Fensterschicht 646. Die Basisschicht 642 der oberen Zelle 608 ist auf der BSF Schicht 640 abgeschieden, sobald die BSF Schicht 640 über den Tunnel-Junction-Schichten 630 abgeschieden ist. Die Fensterschicht wird darauffolgend auf der Emitterschicht 644 abgeschieden nachdem die Schicht 644 auf der Basisschicht 642 abgeschieden ist.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird eine n-Typ GaAs Fenster- oder Kappenschicht 646 verwendet, um den Kontakt mit den Metallmaterialien zu verbessern. Die Kappenschicht 646 wird über der oberen Zelle 608 abgeschieden. Die laterale oder seitliche Leitungsschicht 610 geformt auf dem n-Typ GaAs wird abgeschieden über der Kappenschicht 646. Eine n-Typ GaInP2 Stopp-Ätzschicht wird über der lateralen Leitungsschicht 610 abgeschieden. Nachdem die Stopp-Ätzschicht abgeschieden ist, werden die Schichten, die die Bypass-Diode auf einem Teil der Zelle 501 formen epitaxial über dem gesamten Wafer abgeschieden.
  • Die Bypass-Dioden-Schichten umfassen in einem Ausführungsbeispiel eine Folge aus einer n-Typ GaAs Schicht 675, einer i-Typ GaAs Schicht 676, und einer p-Typ GaAs Schicht 677. Die n-Typ Schicht 675 wird über der Stopp-Ätzschicht bzw. Ätz-Stoppschicht 612 abgeschieden. Die i-Typ Schicht 676 wird über der n-Typ Schicht 860 abgeschieden. Die p-Typ Schicht 677 wird über der i-Typ Schicht 676 abgeschieden. Nachdem die Schicht 677 abgeschieden ist, wird ein Metallkontaktelement (Pad) 680 über der Bypass-Diode 675–677 abgeschieden. Sobald das Anoden-Kontakt-Pad 680 geformt ist, wird die Polarität geformt, wobei das Resultat darin besteht, dass eine integrale p-i-n Bypass-Diode mit p-on-n Polarität über der Solarzelle geformt wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine n-i-p Bypass-Diode mit n-on-p Polarität über der Solarzellenstruktur geformt und zwar unter Verwendung eines ähnlichen Prozesses wie dieser oben beschrieben wurde. Der Fachmann erkennt, dass bei der Bypass-Diode 620 zusätzliche Schichten oder eine zusätzliche Schicht hinzugefügt oder weggelassen werden können bzw. kann ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • 3B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Solarzelle mit einer Bypass-Diode und zwar in der Ebene 3B-3B der 5B in einem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Solarzelle mit einer Bypass-Diode in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • In einem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Via 900 geätzt und zwar von der Bodenoberfläche des Substrates 602 durch die obere Oberfläche des Wafers, was eine kleine kreisförmige Öffnung auf der Oberseite (obere Oberfläche) des Wafers hervorruft. Eine dielektrische Schicht 901 ist über der Innenoberfläche der Via 900 abgeschieden, um die Schichten zu isolieren und eine Metallschicht 902 ist über der dielektrischen Schicht 901 abgeschieden, um einen elektrischen Pfad oder Weg 902 zwischen den oberen und unteren Oberflächen des Wafers zu formen oder zu bilden. Insbesondere macht der Pfad 902 elektrischen Kontakt mit der Kontaktschicht 680 der Bypass-Diode und bildet eine Kontaktoberfläche am Boden des Wafers.
  • 5A ist eine Draufsicht auf den Halbleiterwafer mit Solarzelle und mit einer Bypass-Diode gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein typischer Wafer 50 kann zwei Zellen 600 und 700 aufnehmen, die aus dem Wafer 50 am Ende des Fabrikationsprozesses herausgeschnitten werden. Das Umfangskantenmaterial 53 des Halbleiterwafers wird entsorgt. Die elektrischen Kontakte auf der oberen Oberfläche (Oberseite) oder Kathode der Zellen 600 oder 700 werden im Folgenden beschrieben und dargestellt. Die obere Kontakt-Bypass-Diode 680 der Zelle 600 und die obere Kontakt-Bypass-Diode 780 der Zelle 700 wird ebenfalls dargestellt und im Einzelnen im vergrößerten Teil des Wafers in 5B gezeigt.
  • 5B ist eine vergrößerte Draufsicht auf die Bypass-Diode 502 implementiert in der Solarzelle der 1A. Die Figur zeigt auch einige der vertikalen Leiter 806, die sich parallel über die obere Oberfläche der Zelle 501 erstrecken und deren Funktion darin besteht elektrischen Kontakt zu machen mit der oberen Schicht der Zelle 501 und Ladung zu sammeln wenn die Oberfläche beleuchtet ist. Dargestellt ist auch eine elektrisch leitende Sammelleitung (Bus) 807, die sich um den Umfang der Zelle 501 erstreckt und die die Leiter 806 elektrisch verbindet.
  • Die Draufsicht der Bypass-Diode 675–677 zeigt dass sie rechteckige Gestalt besitzt und wie man in den Querschnittsansichten der 3A and 3B erkennt ist sie vorzugsweise implementiert als eine Mesa-Struktur hergestellt über der oberen Schicht der Subzellen 608 Metallschicht 680, die als ein elektrischer Kontakt zum oberen Anschluss der Diode dient, was im dargestellten Ausführungsbeispiel die Anode 677 der Diode 675–677 ist.
  • Es sei bemerkt, dass die Multijunction-Solarzellenstruktur durch irgendeine geeignete Kombination der Gruppe III bis V Elemente geformt werden könnte, wobei diese in der periodischen Tabelle gelistet sind, wobei die Gruppe III umfasst: Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In), und Thallium (T). Die Gruppe IV umfasst Kohlenstoff (C), Silizium (Si), Germanium (Ge), und Zinn (Sn). Die Gruppe V umfasst Stickstoff (N), Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb), und Wismut (Bi).
  • In der vorliegenden Offenbarung einer Phosphor enthaltenden Verbindung, InGaP, mit einem Gitterparameter gleich dem des Germaniumsubstrats wird eine Keimbildungsschicht eingesetzt und zwar zwischen dem Germaniumsubstrat und den darüberliegenden ”Dual-Junction Epilayers” (Verbindungsschichten mit zwei Übergängen) wie diese in 2 gezeigt sind. Die Indium-Gallium-Phosphid (InGaP) Keimbildungsschicht dient als eine Diffusionsbarriere, so dass Arsen, welches in den darüberliegenden Dual-Junction-Schichten (Verbindungsschichten mit zwei Übergängen) enthalten ist. Zusätzlich dient die Keimbildungsschicht als eine Quelle von n-Typ Dotiermittel verwendet zur Bildung des flachen diffundierten Germaniumübergangs (Germanium-Junction). Phosphor ist eine n-Typ Verunreinigung mit einer Löslichkeit von 2 × 1020 cm–3 bei metallorganischen chemischen Dampfabscheidungs-(MOCVD)Wachstumstemperaturen.
  • Daten zeigen an, dass der Bereich von Temperaturen verwendet in dem metallorganischen chemischen Dampfabscheidungs-(MOCVD)-Wachstum von Solarzellen-Epischichtstrukturen der Diffusionskoeffizient des Phosphors in das Germanium-Substrat annähernd ein Drittel der Arsen-Diffussions-Koeffizienten in Germanium ist. Daher würde bei gleicher Oberflächenkonzentration und Diffusionszeit, die Phosphorverunreinigung in das Germanium diffundieren und zwar bis auf eine Tiefe von (1/3)1/2 relativ zu der von Arsen in Germanium. Arsen (As) und Phosphor (P) sind jedoch nicht in gleichen Oberflächenkonzentrationen bei den gleichen Temperaturen vorhanden. Festkörper-Diffusion schreitet typischerweise über Leerstellen (Vakanz) und Zwischengitterbildung fort, was thermisch aktivierte Prozesse sind. Im Falle von Indium-Gallium-Phosphor (InGaP) macht dies erforderlich, dass entweder die Indium-Phosphor (In-P) oder Gallium-Phosphor (Ga-P) Bindungen gebrochen werden, wohingegen bei Gallium-Arsen (Gags) es erforderlich ist, die Gallium-Arsen-Bindung (GaAs) zu brechen. Verfügbare Daten zeigen an, dass die Gallium-Phosphor (Ga-P) und die Indium-Phosphor (In-P) Verbindungen stärker sind als die Gallium-Arsen-Verbindungen (GaAs). Insofern ist die Dichte (Population) der Phosphor (P) Leerstellen in Indium-Gallium-Phosphor (InGaP) niedriger als die Arsen (As) Leerstellen in Gallium-Arsen (GaAs) bei der gleichen Temperatur. Infolgedessen ist die Konzentration des Arsens vorhanden an der Gallium-Arsen-Germanium-Grenzfläche (Zwischenschicht) (Interface) (GaAs-Ge) höher als die von Phosphor an der Indium-Gallium-Phosphid-Germanium-Grenzfläche (Zwischenschicht) (Interface) (InGaP-Ge).
  • 5C ist eine Draufsicht auf die Solarzelle mit einer Bypass-Diode herausgeschnitten aus dem Wafer gemäß 5A in einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Offenbarung. In diesem Ausführungsbeispiel stellen die Gitterleitungen 660 eine Verbindung zu einer Sammelleitung (Bus) 661 her, die entlang der längsten Kante der Solarzelle 600 angeordnet ist. Kontaktelemente oder Kontakt-Pads 662 und 663 sind voneinander beabstandet und entlang der Länge der Sammelleitung 661 vorgesehen. Das Kontaktelement 680 für die Bypass-Diode ist entlang der entgegengesetzten kürzeren Seite der Solarzelle 600 vorgesehen.
  • 5D ist eine Draufsicht auf die Unterseite oder den Boden der Solarzelle und zwar mit einer Bypass-Diode gezeigt in 5C, wobei die Rückseite mit einer Metallschicht 670 bedeckt gezeigt ist.
  • 5E ist eine Draufsicht auf eine Solarzelle mit einer Bypass-Diode ausgeschnitten aus dem Wafer, dargestellt in 5A, in einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Offenbarung. In diesem Ausführungsbeispiel stellen die Gitterleitungen 660 eine Verbindung zur Sammelleitung (Bus) 664 her, die entlang der Kante der Solarzelle 600 mit zwei abgeschnittenen Ecken angeordnet ist. Kontaktelemente oder Kontakt-Pads 665 und 666 sind voneinander beabstandet und entlang der Länge der Sammelleitung 664 vorgesehen. Das Kontaktelement 680 für die Bypass-Diode ist ebenfalls entlang der gleichen Seite der Solarzelle angeordnet.
  • 6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Solarzelle 600 mit einer Bypass-Diode der 3A nach Anbringung einer Zwischenverbindung 690 an dem Anodenkontaktelement 680, Klebemittel 601 und Abdeckglas 318. Die Schicht aus nichtleitendem oder dielektrischem Material bewirkt, dass die Kanten der Zelle die Möglichkeit eines elektrischen Kurzschlusses oder eines Kurzschlusspfades entlang der Kante der Zelle verhindern, wie man in 3 erkennt. In der bevorzugten Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung wird das gleiche Material, das normalerweise als eine Antireflexionsbeschichtung (ARC) über der Oberfläche der Zelle verwendet wird, als eine ideale Wahl für dieses dielektrische Material angesehen. Die ARC (antireflection coating) Schicht ist normalerweise auf die Oberseite der Solarzelle bei derzeitigen kommerziellen Vorrichtungen angebracht, um die Vorderoberflächenreflexion zu reduzieren. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel verwendet eine Herstellungssequenz von Schritten, die gestattet, dass sich die ARC Schicht nicht nur über die Oberfläche der Solarzelle erstreckt sondern auch in dem Mesa-Graben um den Schutz der Vertikalkante der Solarzellen-Mesa vorzusehen.
  • 7A ist eine stark vereinfachte perspektivische Ansicht von zwei benachbarten Solarzellen 600 und 700 in einer Solarzellen-Anordnung der 2A, wobei die Zwischenverbindung 690 dargestellt ist, die eine elektrische Verbindung zwischen der Bypass-Diode 650 von einer Halbleiterstruktur 600 mit dem oberen Anschluss 780 der Solarzelle in einer benachbarten Halbleiterstruktur 700 vorsieht.
  • 7B ist eine Querschnittsansicht der zwei benachbarten Halbleiterstrukturen 600 und 700 gezeigt in 7A und zwar mit einer Zwischenverbindung 690, die die Bypass-Diode 650 der ersten Halbleiter 600 Struktur mit dem oberen Anschluss 780 der Solarzelle der benachbarten zweiten Halbleiterstruktur 700 verbindet.
  • 7C ist eine stark vereinfachte perspektivische Ansicht eines Teils einer Anordnung die zwei benachbarte Halbleiterstrukturen 500 und 600 in dem Ausführungsbeispiel der 5C verwendet und zwar insbesondere darstellend die Zwischenverbindung des Anodenanschlusses an der Rückseite der ersten Solarzelle 500, der verbunden ist mit dem Kathodenanschluss 663 auf der Oberseite der benachbarten zweiten Solarzelle in der zweiten Halbleiterstruktur 600.
  • 7D ist eine stark vereinfachte perspektivische Ansicht eines Teils einer Anordnung unter Verwendung von zwei benachbarten Halbleiterstrukturen 600 und 700 in dem Ausführungsbeispiel der 5E und zwar ist insbesondere dargestellt die Zwischenverbindung 690 des Anodenanschlusses der Bypass-Diode 675–677 in der ersten Halbleiterstruktur 600 mit dem Kathodenanschluss der zweiten Solarzelle in der benachbarten zweiten Halbleiterstruktur 700.
  • 7E ist eine stark vereinfachte perspektivische Ansicht eines Teils einer Anordnung die die zwei benachbarten Halbleiterstrukturen 600 und 700 in dem Ausführungsbeispiel der 5E verwendet, und zwar insbesondere ist dargestellt die Zwischenverbindung des Kathodenanschlusses 665 und 666 auf der Oberseite der ersten Solarzelle 601 in einer ersten Halbleiterstruktur 600 verbunden mit dem Anodenanschluss auf der Rückseite 770 der benachbarten zweiten Solarzelle 701 in einer zweiten Halbleiterstruktur 700 und zwar zusätzlich zu der Zwischenverbindung 690 des Anodenanschlusses 680 der Bypass-Diode 675–677 in der ersten Halbleiterstruktur 600 mit dem Kathodenanschluss der zweiten Solarzelle in der benachbarten zweiten Halbleiterstruktur 700 gezeigt in 7D.
  • 8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der unteren oder Bodenschichten 602 bis 616 der Solarzelle 601 dargestellt in 3A.
  • 9 zeigt ein elektrochemisches Ätzprofil eines diffundierten Germanium(pn)-Übergangs (Junction) in einer typischen Vorrichtung mit 2 pn Übergängen (Dual-Junction-Vorrichtung) mit einer Gallium-Arsenid (GaAs) Keimbildungsschicht benachbart zu dem p-Ge Substrat. Die Junction oder Übergangstiefe in diesem Fall ist annähernd 1,8 μm.
  • 10 zeigt ein elektrochemisches Ätzprofil einer Probe mit einer 350 Å Indium-Gallium-Phosphid (InGaP) Keimbildungsschicht zwischen dem Gallium-Arsenid (GaAs) und dem p-Ge Substrat, was die vorliegende Erfindung verkörpert. Hier ist die Germanium (Ge) Übergangs- bzw. Junction-Tiefe 0. μm. Insofern wurde die Germanium (Ge) Übergangstiefe um mehr als ein Faktor 4 reduziert.
  • Es sei nunmehr auf 11 Bezug genommen, wo ein elektrochemisches Ätzprofil gezeigt ist, mit dem Effekt der Verwendung einer dünneren Indium- Gallium-Phosphid (InGaP) Keimbildungsschicht zwischen dem Gallium-Arsenid (GaAs) und dem p-Ge Substrat. Das Profil der 10 zeigt ein zweistufiges Profil mit einer Übergangs- bzw. Junction-Tiefe von 0.7 μm. Die nahe Oberflächenkonstellation beruht auf dem Vorhandensein von Phosphor (P), wohingegen die Zone zwischen 0,3 μm und 0,7 μm auf dem Vorhandensein von Arsen (As) beruht. Ein zweistufiges Diffusionsprofil wie das in 10 gezeigte, kann als ein eingebautes Feld dienen, um bei der Trägersammlung in der Emitterschicht zu helfen. Die Daten in den 8 bis 10 zeigen klar die Effektivität der Indium-Gallium-Phosphid (InGaP) Keimbildungsschicht in der Ausbildung eines flachen diffundierten (Ge) Übergangs (Junction).
  • Die Löslichkeit des Phosphors ist größer als die des Arsens (As) aber die Diffusionskonstante von P ist niedriger als die von As. Infolgedessen diffundiert Arsen (As) in das Germanium (Ge) weiter als Phosphor (P) in niedrigeren Konzentrationen. Wenn die Indium-Gallium-Phosphid (InGaP) Keimbildungsschicht dicker als 350 Å ist, dann erfolgt die Dotierung in der Germanium (Ge) Verbindungsschicht (Junction) in erster Linie durch die Phosphor (P) Diffusion und die Emitterdicke ist typischerweise 300 nm mit der Trägerkonzentration von ~5 × 1019 cm–3. Wenn jedoch die Dicke der Indium-Gallium-Phosphid(InGaP) Keimbildungsschicht kleiner ist als 350 Å, sind sowohl Arsen (As) und Phosphor (P) in dem Germanium (Ge) vorhanden und der n-p Übergang (Junction) wird weiter in das Germanium geschoben und zwar durch Arsen (As) Diffusion durch die Indium-Gallium-Phosphid (InGaP) Keimbildungsschicht. Dieses zweistufige Diffusionsprofil optimiert vorteilhafterweise Strom und Spannung erzeugt aus dem Germanium (Ge) Übergang (Junction).
  • Wie oben beschrieben, wird die Diffusion von Arsen (As) und/oder von Phosphor (P) in ein Germanium (Ge) Substrat in erster Linie vorgenommen durch Diffusion im Festkörper. Es wurde festgestellt, dass eine 350 Å Schicht aus Indium-Gallium-Phosphid (InGaP) genügt, um die Diffusion von Arsen (As) in Germanium (Ge) zu blockieren. Eine Schicht kleiner als 240 Å wird jedoch gestatten, dass sowohl Arsen (As) als auch Phosphor (P) in das Germanium (Ge) diffundieren. Das Ergebnis ist, dass sowohl Arsen (As) und Phosphor (P) Dotiermittel in der Lage sind, in dem Germanium (Ge) zu koexistieren. Die Diffusion von Arsen (As) und Phosphor (P) in Germanium (Ge) aus der Gasphase während der Oxid-Desorption von Germanium (Ge) Substraten kann auch signifikant sein. Somit wird die Verwendung einer Hydrid-Strömungsrate, die niedrig genug ist, wie Arsen (As) und Phosphor (P) Diffusion in den Germanium (Ge) Übergang (Junction) minimieren.
  • Die Zusammensetzung der Indium-Gallium-Phosphid (InGaP) Keimbildungsschicht kann im Bereich von 0 bis 1 liegen. Entweder kann Indium-Phosphid (InP) oder Gallium-Phosphid (GaP) verwendet werden als Keimbildungsschicht, da die Dicke dünn genug sein kann, um den Gitterfehlanpassungsschichtwachstum kohärent zu halten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6680432 [0080]

Claims (10)

  1. Eine Solarzellenanordnung, die Folgendes aufweist: eine erste Solarzelle einschließlich einer ersten Halbleiterzone, einschließlich eines ersten Anschlusses eines ersten Leitfähigkeits-Typs auf einer oberen Oberfläche (Oberseite) der ersten Solarzelle und einen zweiten Anschluss eines zweiten Leitfähigkeits-Typs auf der unteren Oberfläche (Bodenoberfläche) der ersten Solarzelle und eine zweite Halbleiterzone; wobei die erste Halbleiterzone der ersten Solarzelle Folgendes aufweist: eine erste Subzelle einschließlich eines Germanium (Ge) Substrats mit einer Diffusionszone dotiert mit n-Typ Dotiermitteln einschließlich Phosphor und Arsen, wobei ein oberer Teil einer derartigen Diffusionszone eine höhere Konzentration von Phosphor (P) Atomen besitzt, als von Arsen (As) Atomen, wobei die Diffusionszone ferner einen unteren Teil aufweist, und wobei As Atome eine höhere Konzentration besitzen verglichen mit den P Atomen in dem unteren Teil, wobei eine zweite Subzelle einschließlich einer Schicht von entweder Gallium-Arsenid (GaAs) oder Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs) angeordnet ist über dem Substrat und eine Keimbildungsschicht in direktem körperlichen Kontakt mit dem Substrat steht, wobei die Keimbildungsschicht, die die Diffusion der As Atome in das Substrat steuert, wobei die Keimbildungsschicht frei von Arsen ist; wobei die zweite Halbleiterzone der ersten Solarzelle eine erste Bypass-Diode aufweist mit einem ersten Anschluss eines ersten Leitfähigkeits-Typs und einem zweiten Anschluss eines zweiten Leitfähigkeits-Typs, wobei der Anschluss des zweiten Leitfähigkeits-Typs elektrisch isoliert ist von den Halbleiterzonen der ersten Solarzelle; eine zweite Solarzelle angeordnet, benachbart zu der ersten Solarzelle, wobei die zweite Solarzelle eine erste Halbleiterzone aufweist, einschließlich eines ersten Anschlusses eines ersten Leitfähigkeits-Typs auf einer oberen Oberfläche (Oberseite) der zweiten Solarzelle und einen zweiten Anschluss eines zweiten Leitfähigkeits-Typs auf der unteren Oberfläche (Bodenoberfläche) der zweiten Solarzelle und wobei eine zweite Halbleiterzone vorgesehen ist; wobei die erste Halbleiterzone der zweiten Solarzelle Folgendes aufweist: eine erste Subzelle einschließlich eines Germanium (Ge) Substrats mit einer Diffusionszone dotiert mit n-Typ Dotiermitteln einschließlich Phosphor und Arsen, wobei ein oberer Teil einer solchen Diffusionszone eine höhere Konzentration von Phosphor (P) Atomen besitzt als von Arsen (As) Atomen, wobei die Diffusionszone ferner einen unteren Teil aufweist und die As Atome eine höhere Konzentration verglichen mit den P Atomen in dem unteren Teil besitzen, wobei eine zweite Subzelle eine Schicht aufweist aus entweder Gallium-Arsenid (GaAs) oder Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs) angeordnet über dem Substrat und eine Keimbildungsschicht, die in direktem körperlichen Kontakt mit dem Substrat steht, wobei die Keimbildungsschicht, die die Diffusion der As Atome in das Substrat steuert, frei von Arsen ist; wobei die zweite Halbleiterzone der zweiten Solarzelle eine zweite Bypass-Diode aufweist mit einem ersten Anschluss eines ersten Leitfähigkeits-Typs und einem zweiten Anschluss eines zweiten Leitfähigkeits-Typs, wobei der Anschluss des zweiten Leitfähigkeits-Typs elektrisch isoliert ist von den Halbleiterzonen der zweiten Solarzelle; und wobei der zweiter Anschluss eines zweiten Leitfähigkeits-Typs der ersten Bypass-Diode der ersten Solarzelle elektrisch verbunden ist mit dem ersten Anschluss des ersten Leitfähigkeits-Typs der zweiten Solarzelle, und wobei der erste Anschluss eines ersten Leitfähigkeits-Typs der ersten Bypass-Diode der ersten Solarzelle elektrisch verbunden ist mit dem zweiten Anschluss eines zweiten Leitfähigkeits-Typs der ersten Solarzelle und mit dem ersten Anschluss eines ersten Leitfähigkeits-Typs der zweiten Solarzelle.
  2. Eine Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Keimbildungsschicht ein Gitterparameter hat, im Wesentlichen gleich dem Gitterparameter des Germaniumsubstrats und wobei die Keimbildungsschicht eine Verbindung von InGaP ist, und/oder wobei die Keimbildungsschicht eine Dicke gleich 350 Angström oder weniger besitzt und/oder wobei ein Übergang (Junction) in dem Germaniumsubstrat angeordnet ist zwischen 0,3 μm und 0,7 μm von der oberen Oberfläche (Oberseite) des Germaniumsubstrats, wobei die Diffusionszone ein zweistufiges Diffusionsprofil aufweist, und die Diffusionszone einen n-Typ Teil eines flachen n-p Übergangs (Junction) in dem Germaniumsubstrat entspricht.
  3. Eine Solarzelle nach Anspruch 1, wobei diffundierter Phosphor und Arsen in dem Germaniumsubstrat ein Diffusionsprofil besitzen, angeordnet zum Vorsehen von Strom und Spannungscharakteristika die die Ausgangsleistung der Solarzelle optimieren und/oder wobei eine dritte Subzelle über der zweiten Subzelle angeordnet ist und zwar bestehend aus InGaP, und/oder wobei das Germaniumsubstrat vom p-Typ ist.
  4. Eine Solarzelle nach Anspruch 1, wobei ferner eine Pufferschicht vorgesehen ist, bestehen aus GaAs angeordnet über der erwähnten Keimbildungsschicht und wobei die Diffusionstiefe des As Dotiermittels in der zweistufigen Diffusionszone größer ist als die Diffusionstiefe des P Dotiermittels in der zweistufigen Diffusionszone und wobei ferner ein erstes Metallzwischenverbindungsglied vorgesehen ist, welches die Kathode der ersten Solarzelle mit der Anode der zweiten Solarzelle verbindet oder kuppelt; und ein zweites Metallzwischenverbindungsglied, welches die Kathode der ersten Bypass-Diode mit der Anode der zweiten Solarzelle verbindet bzw. kuppelt und wobei ein drittes Metallzwischenverbindungsglied eine zweite Zone der Anode der ersten Bypass-Diode mit einer zweiten Zone der Anode der zweiten Solarzelle verbindet oder kuppelt; wobei eine Anordnung definiert in einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist, wobei das erwähnte zweite Metallzwischenverbindungsglied ein Metall-Clip ist der sich erstreckt zwischen der oberen Oberfläche (Oberseite) der Anode der ersten Bypass-Diode auf der ersten Zelle und der Oberfläche der zweiten Solarzelle; wobei der Metall-Clip ein ebenes erstes Ende, einen Mittelteil und ein ebenes zweites Ende besitzt; wobei das planare erste Ende von dem erwähnten zweiten Zwischenverbindungsglied eine elektrische Verbindung herstellt mit einem ersten Teil der Anode der ersten Bypass-Diode; wobei das erwähnte erste Metallzwischenverbindungsglied serpentinenförmig ist und einen ersten Endteil besitzt verbunden mit der ersten Solarzelle wobei ein zweiter Endteil verbunden ist mit der ersten Zone auf der Anode der Bypass-Diode und wobei ein Mittelteil verbunden ist mit der zweiten Solarzelle; wobei das zweite Metallzwischenverbindungsglied serpentinenförmig ist und einen ersten Endteil aufweist, verbunden mit der erwähnten ersten Solarzelle, wobei ein zweiter Endteil verbunden ist mit der erwähnten zweiten Zone der Anode der Bypass-Diode und ein Mittelteil verbunden ist mit der erwähnten zweiten Solarzelle; wobei die ersten und zweiten Metallzwischenverbindungsglieder drei langgestreckte elektrische Kontaktglieder aufweisen, die getrennt sind durch Spalte; wobei die erste Solarzelle eine Vielzahl von elektrischen Kontaktelementen (Kontakt-Pads) besitzt, positioniert auf einer oberen Oberfläche (Oberseite), die jeweils in Kontakt stehen mit einem der ersten und zweiten Metallzwischenverbindungsglieder; wobei die Bypass-Diode der ersten Solarzelle ein elektrisches Kontaktelement (Kontakt-Pad) aufweist, positioniert auf einer oberen Oberfläche (Oberseite) der ersten Solarzelle, wobei das elektrische Kontaktelement erste und zweite Zonen der Bypass-Diode aufweist, um die Verbindung oder Kupplung mit den ersten und zweiten Zwischenverbindungsgliedern vorzusehen; wobei die ersten und zweiten Zwischenverbindungsglieder jeweils ebene erste und zweite Abschnitte aufweisen und einen Zwischenabschnitt, wobei die Zwischenabschnitte jeweils eine Biegung umfassen mit entgegengesetzt liegenden Armen, die im Wesentlichen parallel verlaufen; wobei die ersten und zweiten Metallzwischenverbindungsglieder jeweils ein Metall-Clip sind, der sich zwischen einer oberen Oberfläche (Oberseite) der Anode der Bypass-Diode auf der ersten Solarzelle und der Anode der zweiten Solarzelle erstreckt; wobei die ersten und zweiten Zwischenverbindungsglieder jeweils erste und zweite Enden aufweisen, positioniert auf unterschiedlichen vertikalen Niveaus bezüglich der Höhe der Solarzellen; wobei das erste Zwischenverbindungsglied die Anode der Bypass-Diode mit der Kathode der ersten Solarzelle an Vielfachkontaktpunkten verbindet.
  5. Eine Anordnung nach Anspruch 1, wobei die erste Bypass-Diode derart ausgebildet ist, dass dann, wenn die zweite Solarzelle in Durchlassrichtung vorgespannt ist, die erste Bypass-Diode umgekehrt vorgespannt ist und dass dann wenn die zweite Solarzelle rückwärts (in Sperrrichtung) vorgespannt ist, die erste Bypass-Diode in Vorwärtsrichtung (Durchlassrichtung) vorgespannt ist; wobei die erste Solarzelle einen Halbleiterkörper aufweist mit einer dichten Folge von Halbleitermaterial; und wobei die erste Zone der ersten Solarzelle eine Folge von Schichten aus Halbleitermaterial aufweist, das eine Folge von Zellen in einer Multijunction-Solarzelle bildet; und wobei die zweite Zone der ersten Solarzelle getrennt ist von der ersten Zone durch einen Trog (Graben) in der Folge von Schichten und zwar einen Träger für die erste Bypass-Diode bildend zum Schutz der zweiten Solarzelle gegenüber Rückwärtsvorspannung durch Gestatten, dass Strom durch die erste Bypass-Diode fließt, wenn die zweite Solarzelle abgeschattet ist.
  6. Eine Solarzellenanordnung nach Anspruch 1, wobei jede Schicht in der ersten Halbleiterzone die gleiche Zusammensetzung besitzt wie die entsprechende Schicht in der zweiten Halbleiterzone und zwar vorgesehen in einem Prozess der der gleiche ist wie der Prozess zum Vorsehen der entsprechenden Schicht in der zweiten Zone; wobei ferner eine seitliche bzw. laterale Halbleiterschicht vorgesehen ist, angeordnet auf dem Substrat einschließlich eines ersten Teils angeordnet in der erwähnten ersten Zone, und mit einem zweiten Teil angeordnet in der erwähnten zweiten Zone und zwar körperlich getrennt von dem ersten Teil, wobei der zweite Teil der seitlichen oder lateralen Halbleiterschicht eine erste Zone aufweist, die direkt und elektrisch in Kontakt steht mit einer ersten aktiven Schicht der erwähnten ersten Bypass-Diode und mit einer zweiten Zone seitlich beabstandet von der ersten Zone, die direkt und elektrisch eine erste Metallschicht kontaktiert, die den ersten Anschluss der Solarzelle bildet.
  7. Eine Anordnung nach Anspruch 1, wobei die erwähnten ersten und zweiten Bypass-Dioden eine der folgenden sind: (i) p-i-n Dioden aufgebaut aus GaAs; (ii) p-n Dioden; oder (iii) Schottky Dioden.
  8. Eine Anordnung nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Bypass-Dioden aufgebaut sind aus einer ersten Schicht besteht aus InGaP, einer zweiten Schicht, bestehend aus GaAs und einer dritten Schicht besteht aus InGaP.
  9. Eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ferner eine zweite Metallschicht vorgesehen ist, abgeschieden über der zweiten InGaP Schicht und eine Schottky-Verbindung (Schottky Junction) mit der zweiten InGaP Schicht bildend; und wobei das erwähnte Substrat einen elektrischen Verbindungspfad bildet zwischen dem zweiten Anschluss der ersten Solarzelle und dem ersten Anschluss der ersten Bypass-Diode.
  10. Ein Verfahren zum Herstellen einer Multijunction-Solarzellen-Anordnung, wobei Folgendes vorgesehen ist: Formen einer ersten Solarzelle durch Vorsehen eines p-Typ Ge Substrats; Abscheiden einer Keimbildungsschicht über und direkt in Kontakt mit dem p-Typ Ge Substrat; Abscheiden einer GaAs Schicht über der Keimbildungsschicht; und Abscheiden einer Folge von Schichten über der GaAs Schicht mit metallorganischen chemischen Dampfabscheidungswachstumstemperaturen zur Bildung von mindestens einer Solarsubzelle, so dass Arsenatome enthalten in der GaAs Schicht durch die Festkörperdiffusion (Diffusion im Festkörper) in das p-Typ Ge Substrat bei den metallorganischen chemischen Dampfabscheidungswachstumstemperaturen diffundieren, wobei eine n-p Grenzschicht (n-p Junction) gebildet wird in dem p-Typ Ge Substrat und zwar mit einem zweistufigen Dotierprofil mit einer ersten n-Typ Dotierzone benachbart zur Keimbildungsschicht geformt aus Dotiermittelatomen diffundiert von der Keimbildungsschicht und mit einer zweiten n-Typ dotierten Zone unterhalb der ersten n-Typ dotierten Zone geformt aus den Arsenatomen diffundiert von der GaAs Pufferschicht; Formen eine Bypass-Diode auf dem Substrat der ersten Solarzelle; Formen einer zweiten Solarzelle durch Vorsehen eines p-Typ Ge Substrats; Abscheiden einer Keimbildungsschicht über und direkt in Kontakt mit dem p-Typ Ge Substrat; Abscheiden einer GaAs Schicht über der Keimbildungsschicht; und Abscheiden einer Folge von Schichten über der GaAs Schicht mit metallorganischen chemischen Dampfabscheidungswachstumstemperaturen zur Bildung von mindestens einer solaren Subzelle, so dass Arsenatome enthalten in der GaAs Schicht durch Festkörperdiffusion in das p-Typ Ge Substrat bei den metallorganischen chemischen Dampfabscheidungswachstumstemperaturen diffundieren, wobei ein n-p Übergang (n-p Junction) geformt wird in dem p-Typ Ge Substrat und zwar mit einem zweistufigen Dotierprofil mit einer ersten n-Typ dotierten Zone benachbart zur Keimbildungsschicht gebildet aus Dotieratomen diffundiert von der Keimbildungsschicht und mit einer n-Typ dotierten Zone unterhalb der n-Typ dotierten Zone gebildet aus Arsenatomen diffundiert von der GaAs Pufferschicht; wobei die erste Solarzelle und die zweite Solarzelle miteinander verbunden sind, unter Verwendung eines Zwischenverbindungsgliedes durch Koppeln bzw. Verbinden des geätzten Teils der oberen Oberfläche (Oberseite) der Rückmetallschicht der ersten Solarzelle mit einer oberen Oberfläche der zweiten Solarzelle.
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