DE102020134733A1

DE102020134733A1 - Mehrfachsolarzelle und Verfahren zur Herstellung einer Mehrfachsolarzelle

Info

Publication number: DE102020134733A1
Application number: DE102020134733.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Reichel; Frank Feldmann; Armin Richter; Christoph Luderer; Jan Benick; Martin Hermle; Michaela Penn
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2022-06-23
Also published as: WO2022135955A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mehrfachsolarzelle, aufweisend- eine erste Teilsolarzelle mit zumindest einem p- oder n-dotierten Emitterbereich und zumindest einem zu dem Emitterbereich entgegengesetzt dotierten Basisbereich, wobei die erste Solarzelle als Silizium-Solarzelle ausgebildet ist,- zumindest eine zweite Teilsolarzelle mit zumindest einem p- oder n-dotierten Emitterbereich und zumindest einem zu dem Emitterbereich entgegengesetzt dotierten Basisbereich und- zumindest eine Tunneldiode, welche zwischen erster und zweiter Teilsolarzelle angeordnet ist, wobei die Mehrfachsolarzelle monolithisch ausgebildet ist.Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Tunneldiode eine der ersten Teilsolarzelle zugewandte, p- oder n-dotierte erste Siliziumschicht, eine der ersten Teilsolarzelle abgewandte, zu der ersten Siliziumschicht entgegengesetzt dotierte zweite Siliziumschicht und eine zwischen erster und zweiter Siliziumschicht der Tunneldiode angeordnete Tunnelschicht aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrfachsolarzelle gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrfachsolarzelle.
Photovoltaische Solarzellen dienen zur Umwandlung von Strahlungsenergie, insbesondere von einfallendem Sonnenlicht in elektrische Energie. Zur Erhöhung der Energieausbeute ist es bekannt, mehrere Teilsolarzellen zu einer Mehrfachsolarzelle zu kombinieren, beispielsweise aus zwei Teilsolarzellen eine Tandemsolarzelle auszubilden. Die Teilsolarzellen weisen jeweils Absorber mit unterschiedlichen Bandlücken auf, also auch pn-Übergange mit unterschiedlichen Bandlücken auf, sodass der Wirkungsgrad jeder Teilzelle auf einen unterschiedlichen Spektralbereich der einfallenden Strahlung optimiert werden kann.
Es ist bekannt, zwei separat ausgebildete Teilsolarzellen mechanisch übereinander anzuordnen, um eine Tandemsolarzelle auszubilden. Besondere Vorteile bietet jedoch die monolithische Ausbildung einer Mehrfachsolarzelle, insbesondere liegt ein robustes, kompaktes Bauteil vor und es ist keine separate elektrische Verschaltung der Teilsolarzellen notwendig.
Für die monolithische Integration von Teilsolarzellen mit unterschiedlichen Bandlücken zu einer Mehrfachsolarzelle ist die Ausbildung eines Tunnelübergangs erforderlich, um die elektrische und optische Kopplung der einzelnen Teilsolarzellen effizient zu realisieren.
Es ist bekannt, bei Mehrfachsolarzellen eine der Teilsolarzellen, insbesondere die unten liegende, d. h. dem Lichteinfall abgewandte Teilsolarzelle als Silizium-Solarzelle auszubilden. Hierdurch kann auf die langjährige Erfahrung und Optimierung bei der Herstellung von Silizium-Solarzellen zurückgegriffen werden.
Aus [J. P. Mailoa et al., A 2-terminal perovskite/silicon multijunction solar cell enabled by a silicon tunnel junction, Appl. Phys. Lett. 106, 121105 (2015); doi: 10.1063/1.4914179] ist das Ausbilden einer monolithischen Tandemsolarzelle bekannt, mit einer Silizium-Solarzelle als untere Teilsolarzelle und einer Perowskit-Solarzelle als obere Teilsolarzelle, wobei der Tunnelübergang zwischen dem Silizium-Absorber und einer sich darauf befindenden teilkristallinen amorphen Siliziumschicht ausgebildet wird. Aus US 2017/0077339 A1 ist eine Tandemsolarzelle bekannt, bei welcher die untere Teilzelle als Silizium-Solarzelle ausgebildet ist und die obere Teilsolarzelle als Solarzelle aus III-V-Materialien. Zwischen den Teilsolarzellen ist jeweils eine Tunneldiode ausgebildet.
Bei den vorbekannten Solarzellen sind aufwendige Prozessschritte für die Ausbildung des Tunnelübergangs erforderlich oder der ausgebildete Tunnelübergang führt zu Restriktionen für den weiteren Aufbau der Solarzelle.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mehrfachsolarzelle und ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrfachsolarzelle zur Verfügung zu stellen, sodass einerseits ein Tunnelübergang ermöglicht wird, welcher die Realisierung einer Mehrfachsolarzelle mit einem hohen Wirkungsgrad ermöglicht und andererseits ein kostengünstiger Herstellungsprozess ermöglicht wird.
Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Mehrfachsolarzelle gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrfachsolarzelle gemäß Anspruch 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Mehrfachsolarzelle ist bevorzugt mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere einer vorteilhaften Ausführungsform hiervon ausgebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt zur Herstellung der erfindungsgemäßen Solarzelle, insbesondere einer vorteilhaften Ausführungsform hiervon, ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Mehrfachsolarzelle weist folgende Elemente auf:

- eine erste Teilsolarzelle mit zumindest einem p- oder n-dotierten Emitterbereich und zumindest einem zu dem Emitterbereich entgegengesetzt dotierten Basisbereich, wobei die erste Solarzelle als Silizium-Solarzelle ausgebildet ist,
- zumindest eine zweite Teilsolarzelle mit zumindest einem p- oder n-dotierten Emitterbereich und zumindest einem zu dem Emitterbereich entgegengesetzt dotierten Basisbereich und
- zumindest eine Tunneldiode, welche zwischen erster und zweiter Teilsolarzelle angeordnet ist.

Die Mehrfachsolarzelle ist monolithisch aufgebaut.
Wesentlich ist, dass die Tunneldiode eine der ersten Teilsolarzelle abgewandte, p- oder n-dotierte erste Siliziumschicht, eine der ersten Teilsolarzelle zugewandte, zu der ersten Siliziumschicht entgegengesetzte, n- oder p-dotierte zweite Siliziumschicht und eine zwischen erster und zweiter Siliziumschicht der Tunneldiode angeordnete Tunnelschicht aufweist.
Die Erfindung ist auf den folgenden Erkenntnissen begründet: Es ist bekannt, dass mittels Tunnel- und/oder Rekombinationsübergängen Teilsolarzellen optisch und elektrisch verbunden werden können, um eine monolithische Mehrfachsolarzelle auszubilden. Ein effizienter Tunneltransport von Ladungsträgern zwischen den Teilsolarzellen wird vorteilhafterweise erzielt, indem die Tunneldiode einen abrupten pn-Übergang mit sehr hoher Dotierkonzentration auf beiden Seiten des pn-Übergangs aufweist. Ein solcher ist beispielsweise bei der Mehrfachsolarzelle der vorgenannten Veröffentlichung J. P. Mailoa et al. ausgebildet.
Die vorbekannten Methoden, einen Tunnelübergang zwischen den Teilsolarzellen einer Mehrfachsolarzelle auszubilden, weisen jedoch stets aufwendige Prozessfolgen und/oder starke Beschränkungen an die Prozessparameter, insbesondere an die Temperatur nachfolgender Prozessschritte, auf. Gemäß einer Analyse der Anmelderin besteht ein Zielkonflikt, da einerseits ein abrupter pn-Übergang mit sehr hohen Dotierkonzentrationen auf beiden Seiten des pn-Übergangs der Tunneldiode gewünscht ist, um einen effizienten Tunneltransport der Ladungsträger zu erzielen. Je nach verwendetem Material können solche abrupte pn-Übergänge jedoch zu einer erhöhten parasitären optischen Absorption, einem ungünstigen optischen Brechungsindex und damit einer erhöhten Reflexion sowie auch zu einem erhöhten Shuntrisiko aufgrund der erhöhten Leitfähigkeit der Schichten führen. Insbesondere besteht ein hohes Risiko einer Interdiffusion von Dotierstoffen der Dotierbereiche der Tunneldiode, welche bei vorbekannten Herstellungsverfahren durch eine Begrenzung der Prozesstemperaturen während und nach Erzeugen der Tunneldiode zu verringern versucht wurde. Eine Erzeugung eines für den Wirkungsgrad der Mehrfachsolarzelle förderlichen Tunnelübergangs mit hohen Dotierkonzentrationen einerseits und eine Integration in Standard-Herstellungsprozesse, welche Prozessschritte mit hohen Prozesstemperaturen beinhalten, schien daher bisher nicht möglich.
Untersuchungen der Anmelderin zeigen, dass dieser Zielkonflikt gelöst werden kann, indem die Tunneldiode als dotierte p- und n-Schicht jeweils eine Siliziumschicht aufweist und indem zwischen diesen Siliziumschichten eine Tunnelschicht angeordnet ist. Diese Kombination ermöglicht hohe Dotierkonzentrationen in der ersten und zweiten Siliziumschicht der Tunneldiode. Ebenso können die Siliziumschichten hohen Temperaturen ausgesetzt werden und durch die Tunnelschichten zwischen den Siliziumschichten wird eine Interdiffusion von Dotierstoffen zwischen den beiden Siliziumschichten der Tunneldiode vermieden oder zumindest verringert.
Die erfindungsgemäße Mehrfachsolarzelle ermöglicht somit die Verwendung eines abrupten pn-Übergangs bei der Tunneldiode der Mehrfachsolarzelle und gleichzeitig besteht eine Kompatibilität mit den traditionellen Herstellungsprozessen von Siliziumsolarzellen, sodass auf diese Erfahrungen und bestehende Prozesslinien zurückgegriffen werden kann.
Die vorliegende Erfindung eröffnet somit durch Verwendung der weitverbreiteten Verfahren und Prozesslinien zur Herstellung von Silizium-Solarzellen den Weg für eine kosteneffiziente Herstellung von Mehrfachsolarzellen, insbesondere Tandemsolarzellen, welche gegenüber Siliziumsolarzellen mit lediglich einem pn-Übergang einen höheren Wirkungsgrad aufweisen.
Die Bezeichnung Siliziumschicht bezieht sich hierbei und im Folgenden darauf, dass die genannte Schicht im Wesentlichen aus Silizium besteht. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Siliziumschicht eine kristalline, polykristalline oder amorphe Struktur aufweist. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Siliziumschicht selbsttragend, insbesondere als Substrat, insbesondere als Siliziumwafer ausgebildet ist. Ebenso kann die Siliziumschicht eine auf eine andere Schicht und/oder auf ein Substrat aufgebrachte Schicht sein. Vorteilhafterweise weist eine Siliziumschicht einen Anteil an Silizium von zumindest 75 Massenprozent, bevorzugt zumindest 85 Massenprozent, insbesondere bevorzugt zumindest 95 Massenprozent auf. Insbesondere weisen somit bevorzugt die erste Siliziumschicht der Tunneldiode und die zweite Siliziumschicht der Tunneldiode jeweils einen Anteil an Silizium von zumindest 75 Massenprozent, bevorzugt zumindest 85 Massenprozent, weiter bevorzugt zumindest 95 Massenprozent auf.
Die eingangs genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Das Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf:

A. Bereitstellen eines Siliziumsubstrats
B. Ausbilden einer ersten p oder n- dotierten Siliziumschicht einer Tunneldiode auf dem Siliziumsubstrat oder in dem Siliziumsubstrat
C. Ausbilden einer Tunnelschicht der Tunneldiode auf der ersten Siliziumschicht der Tunneldiode
D. Ausbilden einer zweiten, zu der ersten Siliziumschicht entgegengesetzten dotierten Siliziumschicht der Tunneldiode auf der Tunnelschicht der Tunneldiode, wobei die zweite Siliziumschicht als amorphe oder polykristalline Siliziumschicht ausgebildet wird.

Hierdurch ergeben sich die zu der erfindungsgemäßen Mehrfachsolarzelle genannten Vorteile.
Die Tunnelschicht der Tunneldiode weist bevorzugt eine Dicke im Bereich 0,5 nm bis 10 nm auf. Bevorzugt ist die Tunnelschicht elektrisch nicht leitfähig ausgebildet und weist eine Dicke im Bereich 0,5 nm bis 1,5 nm auf, insbesondere bevorzugt ist die Tunnelschicht als dielektrische Schicht mit einer Dicke im Bereich 0,5 nm bis 1,5 nm ausgebildet. Dies weist den Vorteil einer effizienten Tunnelschicht mit geringer parasitärer Absorption auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist die Tunnelschicht elektrisch leitfähig ausgebildet und weist eine Dicke im Bereich 4 nm bis 7 nm auf. Hierdurch wird einerseits eine hohe elektrische Güte der Tunneldiode und dennoch eine Wirkung als Diffusionssperre der Tunnelschicht ermöglicht.
Zumindest die zweite Siliziumschicht der Tunneldiode ist bevorzugt eine amorphe oder insbesondere bevorzugt eine polykristalline Siliziumschicht. Amorphe oder polykristalline Siliziumschicht weisen den Vorteil auf, dass sie mit an sich bekannten Verfahrensschritten aufgebracht werden können, gute elektrische Eigenschaften aufweisen, gut mit an sich bekannten Methoden und Dotierstoffen dotierbar sind, insbesondere können in einfacher Weise hohe p- oder n-Dotierungen erzielt werden. Darüber hinaus können amorphe oder polykristalline Siliziumschichten hohen Temperaturen, insbesondere Temperaturen über 1000°C ausgesetzt werden. Grundsätzlich kann eine polykristalline Schicht zunächst als amorphe Siliziumschicht abgeschieden werden und anschließend durch Temperatureinwirkung in eine polykristalline Siliziumschicht umgewandelt werden.
Vorteilhafterweise ist zumindest eine der Siliziumschichten der Tunneldiode, bevorzugt erste und zweite Siliziumschicht der Tunneldiode, als Misch- oder Verbindungsschicht mit zumindest einem, bevorzugt genau einem weiteren Element aus der Gruppe Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Interdiffusion von Dotieratomen zur Ausbildung der p- oder n-Dotierung zusätzlich vermieden oder zumindest verringert wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist zumindest eine der Siliziumschichten der Tunneldiode als amorphe Siliziumschicht und als Misch- oder Verbindungsschicht mit zumindest einem, bevorzugt genau einem weiteren Element aus der Gruppe Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auch bei hohen Temperaturen eine Umwandlung der amorphen Siliziumschicht in eine polykristalline Siliziumschicht vermieden oder zumindest teilweise vermieden werden kann.
Vorteilhafterweise weist die Tunneldiode einen Kohlenstoffanteil im Bereich von 5 bis 10 Massenprozent auf. Vorteilhafterweise weist die Tunneldiode einen Stickstoffanteil im Bereich 0 bis 10 Atomprozent auf.
Vorteilhafterweise weist die Tunneldiode einen Sauerstoffanteil im Bereich 0 bis 10 Atomprozent auf.
Die Tunnelschicht der Tunneldiode ist bevorzugt als siliziumhaltige Tunnelschicht ausgebildet, insbesondere als SiC-Schicht oder SiN-Schicht oder SiO-Schicht, wobei bevorzugt die Tunnelschicht der Tunneldiode kein natives Oxid aufweist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Tunnelschicht der Tunneldiode als eine Schicht aus der Gruppe AlC-Schicht, AlO-Schicht, AIN-Schicht, TiC-Schicht, TiO-Schicht, TiN-Schicht ausgebildet. Diese und die vorausgegangen beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen der Tunnelschichten zeigen eine gute Wirkung als Diffusionsbarriere, um eine Diffusion von Dotieratomen zwischen den beiden Siliziumschichten der Tunneldiode zu vermeiden oder zumindest zu verringern.
Zur Ausbildung eines abrupten pn-Übergangs ist es vorteilhaft, dass die Dotierung der ersten und der zweiten Siliziumschicht der Tunneldiode jeweils größer 10¹⁸ cm^-3, insbesondere größer 10¹⁹ cm^-3, bevorzugt größer 10²⁰ cm^-3 ist.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Tunnelschicht der Tunneldiode eine intrinsische Schicht ist. Ebenso liegt es jedoch im Rahmen der Erfindung, dass die Tunnelschicht eine Dotierung aufweist, insbesondere eine p- oder n-Dotierung. Eine solche Dotierung ist jedoch vorteilhafterweise kleiner als die Dotierungen der ersten und der zweiten Siliziumschicht zu wählen, um einen pn-Übergang der Tunneldiode mit hoher Güte auszubilden. Es ist daher vorteilhaft, dass die Dotierung der Tunnelschicht der Tunneldiode um zumindest einen Faktor 10, bevorzugt ein Faktor 100, insbesondere ein Faktor 1000 kleiner als die Dotierung der ersten und als die Dotierung der zweiten Siliziumschicht der Tunneldiode ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Tunnelschicht der Tunneldiode eine intrinsische Schicht ist.
Bei der Herstellung von photovoltaischen Silizium-Solarzellen wird typischerweise Phosphor als Dotierstoff zum Erzeugen eines n-dotierten Bereichs und Bor als Dotierstoff zum Erzeugen eines p-dotierten Bereichs verwendet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die p- und/oder n-Dotierung der ersten und der zweiten Siliziumschicht der Tunneldiode mittels Phosphor oder Bor als Dotierstoff auszubilden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden die Dotierungen der ersten und der zweiten Siliziumschicht der Tunneldiode mittels der Dotierstoffen Arsen oder Gallium ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Diffusionsverhalten dieser Dotierstoffe aufgrund unterschiedlicher Segregationskoeffizienten vorteilhaft ist, insbesondere im Fall der Umwandlung der Siliziumschicht der Tunneldiode aus dem amorphen in den polykristallinen Zustand an Korngrenzen und innerhalb von Körnen, damit eine Interdiffusion von Dotierstoffen zwischen den beiden Siliziumschichten der Tunneldiode vermieden oder zumindest verringert werden kann, um einen abrupter pn-Übergang mit einem geringen Kontaktwiderstand erzeugt wird.
Zur Ausbildung eines abrupten pn-Übergangs ist es vorteilhaft, dass die Dotierung der ersten und der zweiten Siliziumschicht mit Arsen oder Gallium der Tunneldiode erfolgt, insbesondere, dass die Dotierkonzentration der ersten und der zweiten Siliziumschicht jeweils größer 10¹⁸ cm^-3, insbesondere größer 10¹⁹ cm^-3, bevorzugt größer 10²⁰ cm^-3 ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsformen wird die erste Siliziumschicht der Tunneldiode als separate Schicht auf ein Siliziumsubstrat, mit oder ohne Zwischenschaltung weiterer Zwischenschichten, abgeschieden. Bevorzugt ist hierbei die erste Siliziumschicht als amorphe Siliziumschicht oder insbesondere bevorzugt als polykristalline Siliziumschicht ausgebildet.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass in an sich bekannter Weise eine Siliziumsolarzelle als erste Teilsolarzelle ausgebildet wird und mittelbar oder unmittelbar auf der ersten Teilsolarzelle die Tunneldiode angeordnet wird.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die erste Siliziumschicht der Tunneldiode gleichzeitig eine funktionale Schicht der ersten Teilsolarzelle ist. Hierdurch ergibt sich ein kostengünstiger monolithischer Aufbau, insbesondere verringert sich die Gesamtanzahl der notwendigen Prozessschritte zur Herstellung der Mehrfachsolarzelle.
Die erste Siliziumschicht der Tunneldiode übernimmt hierbei bevorzugt die Funktion einer dotierten Schicht der ersten Teilsolarzelle. Vorteilhafterweise ist die erste Siliziumschicht der Tunneldiode als Emitterbereich der ersten Teilsolarzelle ausgebildet. In einer alternativen Ausgestaltung ist die erste Siliziumschicht der Tunneldiode als Vorderseitenpassivierungsbereich der ersten Teilsolarzelle ausgebildet.
Eine photovoltaische Solarzelle weist zumindest einen Emitterbereich und einen Basisbereich auf. Der Emitterbereich zeichnet sich dadurch aus, dass er eine p- oder n-Dotierung aufweist und einen entgegengesetzten Dotierungstyp zur Basis der Solarzelle aufweist. Zwischen Emitter und Basis ist ein pn-Übergang ausgebildet. Ein Vorderseitenpassivierungsbereich (FSF, Front Surface Field) zeichnet sich dadurch aus, dass der Vorderseitenpassivierungsbereich ebenfalls p- oder n-dotiert ist, jedoch den gleichen Dotierungstyp aufweist wie die Basis. Der Vorderseitenpassivierungsbereich weist eine höhere Dotierkonzentration als die Basis auf, insbesondere bevorzugt eine um zumindest einen Faktor 10, weiter bevorzugt um zumindest einen Faktor 100 höhere Dotierung gegenüber der Basis auf. Durch solche Hochdotierungsbereiche wird eine vorteilhafte Oberflächenpassivierung und somit eine Verringerung der Ladungsträgerrekombination erzielt.
Eine Silizium-Solarzelle zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine Basis der Silizium-Solarzelle in einer Siliziumschicht ausgebildet ist, bevorzugt sowohl ein Emitter, als auch die Basis der Silizium-Solarzelle in einer Siliziumschicht ausgebildet sind. Hierbei können Emitter und Basis in derselben Siliziumschicht, insbesondere in einem gemeinsamen Siliziumsubstrat ausgebildet sein. Ebenso können Emitter und Basis in verschiedenen Siliziumschichten, insbesondere die Basis in einem Siliziumsubstrat und der Emitter in einer auf dem Siliziumsubstrat angeordneten weiteren Siliziumschicht ausgebildet sein.
Bei der Herstellung von Silizium-Solarzellen sind Hochtemperaturschritte vorteilhaft um einen Temperschritt (anneal) durchzuführen. Ein solcher Hochtemperaturschritt dient gegebenenfalls zur Umwandlung der dotierten amorphen Siliziumschicht in eine polykristalline Siliziumschicht, sowie der Aktivierung der Passivierung und der Dotierstoffe.
Die erfindungsgemäße Mehrfachsolarzelle weist den Vorteil auf, dass ein solcher Temperschritt auch nach Erzeugen der Tunneldiode erfolgen kann.
Vorteilhafterweise erfolgt daher nach Verfahrensschritt D - gegebenenfalls unter Zwischenschaltung weiterer Verfahrensschritte - ein Hochtemperaturschritt bei einer Temperatur von zumindest 700°C, insbesondere bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 700°C bis 1050°C.
Vorteilhafterweise werden zumindest die zweite Siliziumschicht der Tunneldiode, bevorzugt die erste und die zweite Siliziumschicht der Tunneldiode, als amorphe Siliziumschicht ausgebildet und in dem Hochtemperaturschritt erfolgt eine Umwandlung aus dem amorphen in den polykristallinen Zustand. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Kristallisation der amorphen Siliziumschicht eine erhöhte Dotiereffizienz ermöglicht, die aufgrund von Defekten in der amorphen Schicht limitiert ist.
In einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung wird zumindest die zweite Siliziumschicht der Tunneldiode, bevorzugt die erste und die zweite Siliziumschicht der Tunneldiode, als amorphe Siliziumschicht ausgebildet und mit einer Dotierung mit einem, bevorzugt genau einem der Elemente aus der Gruppe Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff dotiert, um eine Umwandlung aus dem amorphen in den polykristallinen Zustand während des Hochtemperaturschritts zu verhindern. Insbesondere ist eine Dotierung mit Kohlenstoff vorteilhaft, um eine Interdiffusion zu verringern. Auch wird eine bessere Temperaturstabilität erzielt.
Vorteilhafterweise wird zwischen den Siliziumsubstrat und der ersten Siliziumschicht der Tunneldiode eine Zwischenschicht ausgebildet, insbesondere bevorzugt eine dielektrische Zwischenschicht. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Interdiffusion von Dotierstoffen zwischen den beiden Siliziumschichten der Tunneldiode vermieden oder zumindest verringert wird.
Die erfindungsgemäße Mehrfachsolarzelle kann eine Mehrzahl von Teilsolarzellen, insbesondere drei, vier oder mehr Teilsolarzellen aufweisen. Vorteilhaft ist die Ausbildung der Mehrfachsolarzelle als Tandemsolarzelle mit zwei Teilsolarzellen, um eine Optimierung zwischen Wirkungsgrad der Mehrfachsolarzelle einerseits und Herstellungskosten andererseits zu erzielen.
Die erste Teilsolarzelle der erfindungsgemäßen Mehrfachsolarzelle ist als Silizium-Solarzelle ausgebildet. Die erste Teilsolarzelle ist bevorzugt die bei Benutzung dem Strahlungseinfall abgewandte Teilsolarzelle und die zweite Teilsolarzelle die dem Strahlungseinfall zugewandte Teilsolarzelle. Bei Ausbildung als Tandemsolarzelle wird daher die erste Teilsolarzelle auch als Bottom-Solarzelle und die zweite Teilsolarzelle als Top-Solarzelle bezeichnet.
Die zweite Teilsolarzelle ist bevorzugt als Perowskit-Solarzelle ausgebildet. Hierdurch wird eine erhebliche Wirkungsgradsteigerung gegenüber einer einfachen Silizium-Solarzelle erzielt. Weiterhin kann eine Perowskit-Solarzelle vergleichsweise kostengünstig erzeugt werden. Insbesondere liegt es im Rahmen der Erfindungen, die Perowskit-Solarzelle gemäß den Angaben der Perowskit-Top-Solarzelle aus J. P. Mailoa et al., a. a. O. auszubilden.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, eine andersartige zweite Teilsolarzelle auszubilden, insbesondere eine zweite Teilsolarzelle aus III-V-Halbleitermaterialien, insbesondere gemäß der Top-Solarzelle wie in US 2017/0077339 A1 beschrieben.
Weitere bevorzugte Merkmale und vorteilhafte Ausführungsformen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren beschrieben. Dabei zeigt:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mehrfachsolarzelle in zwei Varianten;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mehrfachsolarzelle in zwei Varianten,
3 ein drittes Aufführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mehrfachsolarzelle und
4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mehrfachsolarzelle.

Die Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellungen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleich oder gleich wirkende Elemente.
In den 1 - 4 zeigt die lichtzugewandte Seite der Mehrfachsolarzelle nach oben und entsprechend die lichtabgewandten Seite nach unten.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mehrfachsolarzelle schematisch dargestellt.
Die Mehrfachsolarzelle weist eine erste Teilsolarzelle 10a auf. Die erste Teilsolarzelle ist aus einem Siliziumsubstrat 1a ausgebildet, welches eine n-Dotierung mittels des Dotierstoffs Phosphor aufweist. An der in 1 unten liegenden Rückseite der ersten Teilsolarzelle 10a ist in dem Siliziumsubstrat 1a ein Emitterbereich 9a der ersten Teilsolarzelle 10a mittels Diffusion des Dotierstoffs Bor ausgebildet. Das verbleibende, n-dotierte Siliziumsubstrat stellt somit den Basisbereich dar und zwischen Basisbereich und Emitterbereich 9a ist ein pn-Übergang der ersten Teilsolarzelle 10a ausgebildet.
Auf dem Siliziumsubstrat 1a ist eine Zwischenschicht 2a angeordnet, welche vorliegend als Siliziumoxidschicht ausgebildet ist. Auf der Zwischenschicht 2a ist eine Tunneldiode 12a angeordnet. Die Tunneldiode 12a weist eine der ersten Teilsolarzelle 10a zugewandte, vorliegend n-dotierte erste Siliziumschicht 3a und eine der ersten Teilsolarzelle 10a abgewandte, p-dotierte Siliziumschicht 5a auf. Zwischen der ersten Siliziumschicht 3a und der zweiten Siliziumschicht 5a ist eine Tunnelschicht 4a angeordnet.
Auf der lichtzugewandten Seite der Tunneldiode 12a ist eine Ladungsträgerleiterschicht 6a angeordnet, auf welcher eine zweite Teilsolarzelle 11a der Mehrfachsolarzelle angeordnet ist. Die zweite Teilsolarzelle 11a ist vorliegend als Perowskitsolarzelle ausgebildet und weist folgenden Aufbau auf:

Die Ladunsgträgerleiterschicht 6a ist hierbei als eine p-dotierte 2,2',7,7'-tetra(N,N-di-tolyl)amino-9,9-spiro-bifluorene Schicht ausgebildet. Auf der Ladungsträgerleiterschicht 6a wird eine undotierte, intrinsische, Perowskitschicht 7a als eine Methylammonium-Blei (II) -iodid Schicht (CH₃NH₃Pbl₃) ausgebildet. Auf der lichtzugewandten Seite der zweiten Teilsolarzelle 11a ist eine weitere Ladungsträgerleiterschicht 8a angeordnet. Die Ladungsträgerleiterschicht 8a ist vorliegend als eine n-dotierten Lithiumfluorid Schicht (LiF), gefolgt von einer Indiumzinkoxid Schicht (ITO) ausgebildet.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel einer Mehrfachsolarzelle ist die Tunneldiode somit als separates Element ausgebildet, welches monolithisch über die Zwischenschicht 2a mit der ersten Teilsolarzelle 10a verbunden ist.
In einer Variante des in Figur eins dargestellten ersten Ausführungsbeispiels sind die Dotierungstypen der Schichten vertauscht. Die Mehrfachsolarzelle gemäß dieser Variante weist somit den Aufbau p-dotiertes Siliziumsubstrat 1b mit n-dotiertem Emitter 9b zur Ausbildung der ersten Teilsolarzelle 10b, Zwischenschicht 2b, Tunneldiode 12b mit p-dotierter erster Siliziumschicht 3b, Tunnelschicht 4b und n-dotierter zweiten Siliziumschicht 5b, Ladungsträgerleiterschicht 6b, zweite Teilsolarzelle 7b, welche ebenfalls als Perowskit-Solarzelle ausgebildet ist, und Ladungsträgerleiterschicht 8b auf.

In der folgenden Tabelle sind bevorzugte Materialien und Parameter sowie bevorzugte weitere Materialien und Parameterbereiche des ersten Ausführungsbeispiels und der beschriebenen Variante aufgeführt: Perowskit-Solarzelle (Top-Solarzelle)

Material	Dotierung (n-Typ/p-Typ/intrinsich)	Dotierstoff/ vorteilhafte Dotierkonzentration / vorliegende Dotierkonzentration	Dicke
ITO	n	Sn / > 10¹⁹ cm^-3 / 110²⁰ cm^-3 O / > 10¹⁹ cm^-3 / 110²⁰ cm^-3	70 nm
LiF	n	F	10 nm
CH₃NH₃Pbl₃	i	-	100 nm
spiro-TTB	p		15 nm

Silzium-Solarzelle (Bottom-Solarzelle)

Material	Dotierung (n-Typ/p-Typ/intrinsich)	Dotierstoff/ vorteilhafte Dotierkonzentration / vorliegende Dotierkonzentration	Dicke
poly-Si	p⁺⁺	B / > 10¹⁹ cm^-3 / 1*10²⁰ cm^-3	20 nm
SiC	-	-	4 nm
poly-Si	n++	P / > 10¹⁹ cm^-3 / 2*10²⁰ cm^-3	20 nm
SiO2	-	-	1 nm
Si	n+	P / < 10¹⁷ cm^-3 / 5*10¹⁹ cm^-3	200 µm
Si	n++	P / > 10¹⁹ cm^-3 / 5*10¹⁹ cm^-3	500 nm

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mehrfachsolarzelle. Der Grundaufbau entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel, es wird daher nachfolgend im Wesentlichen auf die Unterschiede eingegangen:

Die erste Teilsolarzelle 10c ist aus einem n-dotierten Siliziumsubstrat 1c ausgebildet, auf welches eine als Siliziumoxidschicht ausgebildete Zwischenschicht 2c und eine p-dotierte polykristalline Siliziumschicht 9c aufgebracht wurde. Zwischen der p-dotierten Siliziumschicht 9c und dem n-dotierten Siliziumsubstrat 1c bildet sich ein PiN-Übergang aus. Die Siliziumschicht 9c stellt somit den Emitterbereich 9c der ersten Teilsolarzelle 10c dar. Diese p-dotierte Siliziumschicht erfüllt eine Doppelfunktion und dient gleichzeitig als erste Siliziumschicht 13 der Tunneldiode 12c.

Die Tunneldiode 12c weist die vorgenannte erste Siliziumschicht 3c, welche p-dotiert ist, die Tunnelschicht 4c und die n-dotierte zweite Siliziumschicht 5c auf.
Auf der lichtzugewandten Seite der Tunneldiode 12c ist wiederum eine Ladungsträgerleiterschicht 6c und hierauf die zweite Teilsolarzelle 11c angeordnet. Die zweite Teilsolarzelle 11c ist vorliegend als III-V-Solarzelle ausgebildet und weist folgenden Aufbau auf:

Die Ladungsträgerleiterschicht 6c ist hierbei eine p-dotierte GaAs Schicht mit einer Dotierung mittels Silizium mit einer Dotierkonzentration von 5*10¹⁸ cm^-3gefolgt von einer stark p-dotierten Al_0.5Ga_0.5As Schicht mit einer Dotierung mittels Silizium mit einer Dotierkonzentration von 5*10¹⁸ cm^-3. Auf der Ladungsträgerleiterschicht 6c wird eine p-dotierten Al_0.5Ga_0.5As Schicht 7c mit einer Dotierung mittels Silizium mit einer Dotierkonzentration von 1* 10¹⁸ cm^-3als Teilsolarzelle 11c ausgebildet.

Auf der zweiten Teilsolarzelle 11c ist eine Ladungsträgerleiterschicht 8c angeordnet. Die Ladungsträgerleiterschicht 8c ist hierbei eine n-dotierte Al_0.3Ga_0.7AS Schicht mit einer Dotierung mittels Beryllium mit einer Dotierkonzentration von 1*10¹⁸ cm^-3gefolgt von einer n-dotierten Al_0.5Ga_0.5As Schicht mit einer Dotierung mittels Beryllium mit einer Dotierkonzentration von 5*10¹⁹ cm^-3.
In einer Variante des zweiten Ausführungsbeispiels sind die Dotierungstypen vertauscht. In dieser Variante stellt sich der Aufbau der Mehrfachsolarzelle wie folgt dar:

Auf dem p-dotierten Siliziumsubstrat 1d, welches die Basis der ersten Teilsolarzelle 10d darstellt, ist die Zwischenschicht 2d und hierauf eine n-dotierte polykristalline Siliziumschicht angeordnet. Diese polykristalline Siliziumschicht stellt einerseits den Emitterbereich 9 der ersten Teilsolarzelle 10d und gleichzeitig die erste Siliziumschicht 3d der Tunneldiode 12d dar. Die Tunneldiode 12d weist weiterhin die Tunnelschicht 4d und die p-dotierte zweite Siliziumschicht 5d auf.

Auf der lichtzugewandten Seite der Tunneldiode 12d ist wiederum eine Ladungsträgerleiterschicht 6d und hierauf die zweite Teilsolarzelle 11d angeordnet, welche vorliegend wie folgt aufgebaut ist:

Auf der lichtzugewandten Seite der zweiten Teilsolarzelle 11d ist wiederum die Ladungsträgerschicht 8d angeordnet.

In der folgenden Tabelle sind bevorzugte Materialien und Parameter sowie bevorzugte weitere Materialien und Parameterbereiche des zweiten Ausführungsbeispiels und der beschriebenen Variante aufgeführt: III-V-Solarzelle (Top-Solarzelle)

Material	Dotierung (n-Typ/p-Typ/intrinsich)	Dotierstoff/ vorteilhafte Dotierkonzentration / vorliegende Dotierkonzentration	Dicke
GaAs	n++	Si / > 10¹⁸ cm^-3/ 5* 10¹⁸ cm^-3	300 nm
Al_0.5Ga_0.5As	n++	Si / > 10¹⁸ cm^-3 / 5* 10¹⁸ cm^-3	20 nm
Al_0.3Ga_0.7As	n+	Si / > 1* 10¹⁷ cm^-3 / 1* 10¹⁸ cm^-3	150 nm
Al_0.3Ga_0.7As	p	Be / < 10¹⁷ cm^-3 / 1* 10¹⁶ cm^-3	1000 nm
Al_0.5Ga_0.5AS	p⁺	Be / > 10¹⁹ cm^-3 / 5* 10¹⁹ cm^-3	30 nm
GaAs	p⁺⁺	Be / > 510¹⁹ cm^-3 / 1 10²⁰ cm^-3	300 nm

Silzium-Solarzelle (Bottom-Solarzelle)

Material	Dotierung (n-Typ/p-Typ/intrinsich)	Dotierstoff/ vorteilhafte Dotierkonzentration / vorliegende Dotierkonzentration	Dicke
poly-Si	p⁺⁺	B / >10¹⁹ cm^-3/ 1*10²⁰ cm^-3	20 nm
SiC	-	-	4 nm
poly-Si	n++	P / >10¹⁹ cm^-3/ 2*10²⁰ cm^-3	20 nm
SiO2	-	-	1 nm
Si	p⁺	B / <10¹⁷ cm^-3/ 5*10¹⁹ cm^-3	200 µm

In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mehrfachsolarzelle dargestellt.
Die Mehrfachsolarzelle weist ein Siliziumsubstrat 1e auf. An der lichtzugewandten Seite des Siliziumsubstrat 1e wurde mittels Diffusion von Bor ein p-dotierter Emitterbereich 9e der ersten Teilsolarzelle 10e ausgebildet. Dieser mittels Diffusion erzeugte Emitterbereich der ersten Teilsolarzelle 10e stellt gleichzeitig die erste Siliziumschicht 3e der Tunneldiode 12e dar. Die Tunneldiode 12e weist weiterhin die Tunnelschicht 4e und die n-dotierte zweite Siliziumschicht 5e auf.
Auf der lichtzugewandten Seite der Tunneldiode 12e ist die Ladungsträgerleiterschicht 6e und hierauf eine als Perowskit-Solarzelle ausgebildete zweite Teilsolarzelle 11e angeordnet. Die zweite Teilsolarzelle 11e ist analog zu dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Auf der lichtzugewandten Seite der zweiten Teilsolarzelle 11e ist eine Ladungsträgerleiterschicht 8e angeordnet.
Die zweite Teilsolarzelle 11e ist vorliegend als Perowskitsolarzelle ausgebildet und weist folgenden Aufbau auf:

Die Ladunsgträgerleiterschicht 6e ist hierbei als eine n-dotierte Titanoxid (TiO₂) Schicht ausgebildet. Auf der Ladungsträgerleiterschicht 6e wird eine undotierten, intrinsischen, Perowskitschicht 7e als eine Methylammonium-Blei (II) -iodid Schicht (CH₃NH₃Pbl₃) ausgebildet.

Auf der lichtzugewandten Seite der zweiten Teilsolarzelle 11e ist eine weitere Ladungsträgerleiterschicht 8e angeordnet. Die Ladungsträgerleiterschicht 8e ist hierbei als eine p-dotierten 2,2',7,7'-Tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenylamine) 9,9'-spirobifluorene (Spiro-OMeTAD) Schicht, gefolgt von einer Lithiumfluorid Schicht (LiF) ausgebildet.

In der nachfolgenden Tabelle sind bevorzugte Parameter des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels und bevorzugte Wertebereiche angegeben: Perowskit-Solarzelle (Top-Solarzelle)

Material	Dotierung (n-Typ/p-Typ/intrinsich)	Dicke
LiF	p	50 nm
Spiro-OMeTAD	p	15 nm
CH₃NH₃Pbl₃	i	100 nm
TiO₂	n	120 nm

Silzium-Solarzelle (Bottom-Solarzelle)

Material	Dotierung (n-Typ/p-Typ/intrinsich)	Dotierstoff/ vorteilhafte Dotierkonzentration / vorliegende Dotierkonzentration	Dicke
poly-Si	n++	P / >10¹⁹ cm^-3 / 2*10²⁰ cm^-3	20 nm
SiC	-	-	4 nm
Si	p⁺⁺	B / <10¹⁹ cm^-3 / 5*10¹⁹ cm^-3	500 nm
Si	n+	P / <10¹⁷ cm^-3 / 5*10¹⁹ cm^-3	200 µm

In 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mehrfachsolarzelle dargestellt. Der Aufbau ist grundsätzlich vergleichbar mit dem in 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel, jedoch sind die Dotierungstypen vertauscht.
Das p-dotierte Siliziumsubstrat 1f weist daher an der lichtabgewandten Rückseite ein mittels Diffusion des Dotierstoffs Phosphor ausgebildeten Emitterbereich 9f der ersten Teilsolarzelle auf, welcher somit n-dotiert ist.
An der lichtzugewandten Vorderseite des Siliziumsubstrats 1f ist mittels Diffusion von Bor ein hochdotierter, p-dotierter Bereich ausgebildet. Dieser weist eine um einen Faktor 100 höhere Dotierung als die Basis der ersten Teilsolarzelle 10f auf, d. h. als die Grunddotierung des Siliziumsubstrats 1f und dient zur Vorderseitenpassivierung der ersten Teilsolarzelle 10f. Ein solcher Passivierungsbereich wird als Vorderseitenpassivierungsbereich oder FSF (Front Surface Field) bezeichnet.
Der Vorderseitenpassivierungsbereich 13f stellt jedoch gleichzeitig die erste Siliziumschicht 3f der Tunneldiode 12f dar. Diese weist weiterhin die Tunnelschicht 4f und die zweite Siliziumschicht 5f auf.
Auf der lichtzugewandten Seite der Tunneldiode 12f ist wiederum eine Ladungsträgerleiterschicht 6f und hierauf eine zweite Teilsolarzelle 11 f angeordnet. Diese ist ebenfalls als Perowskit-Solarzelle analog zu dem in 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet.
Die zweite Teilsolarzelle 11 f ist vorliegend als Perowskitsolarzelle ausgebildet und weist folgenden Aufbau auf:

Die Ladunsgträgerleiterschicht 6f ist hierbei eine n-dotierte Titanoxid (TiO₂) Schicht sein. Auf der Ladungsträgerleiterschicht 6f wird eine undotierten, intrinsischen, Perowskitschicht 7f als eine Methylammonium-Blei (II) -iodid Schicht (CH₃NH₃Pbl₃) ausgebildet.

Auf der lichtzugewandten Seite der zweiten Teilsolarzelle 11f ist eine weitere Ladungsträgerleiterschicht 8f angeordnet. Die Ladungsträgerleiterschicht 8f ist hierbei als eine p-dotierten 2,2',7,7'-Tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenylamine) 9,9'-spirobifluorene (Spiro-OMeTAD) Schicht, gefolgt von einer Lithiumfluorid Schicht (LiF) ausgebildet.

Die nachfolgende Tabelle gibt bevorzugte Materialien und Parameter der Mehrfachsolarzelle gemäß des vierten Ausführungsbeispiels sowie alternative Materialien und bevorzugte Parameterbereiche wieder: Perowskit-Solarzelle (Top-Solarzelle)

Silzium-Solarzelle (Bottom-Solarzelle)

Material	Dotierung (n-Typ/p-Typ/intrinsich)	Dotierstoff/ vorteilhafte Dotierkonzentration / vorliegende Dotierkonzentration	Dicke
poly-Si	n++	P / >10¹⁹ cm^-3 / 5*10²⁰ cm^-3	20 nm
SiC	-	-	4 nm
Si	p⁺⁺	B / <10¹⁹ cm^-3 / 1*10²⁰ cm^-3	500 nm
Si	p⁺	B / <10¹⁷ cm^-3 / 5*10¹⁵ cm^-3	200 µm
Si	n++	P / >10¹⁹ cm^-3 / 5*10¹⁹ cm^-3	500 nm

Bezugszeichenliste

1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f: Siliziumsubstrat
2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f: Zwischenschicht
3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f: erste Siliziumschicht der Tunneldiode
4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f: Tunnelschicht der Tunneldiode
5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f: zweite Siliziumschicht der Tunneldiode
6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f: Ladungsträgerleiterschicht
7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f: Perowskitschicht
8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f: Ladungsträgerleiterschicht
9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f: Emitterbereich erste Teilsolarzelle
10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f: erste Teilsolarzelle
11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f: zweite Teilsolarzelle
12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f: Tunneldiode
13f: Vorderseitenpassivierungsbereich (FSF)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2017/0077339 A1 [0006, 0051]

Claims

Mehrfachsolarzelle, aufweisend - eine erste Teilsolarzelle (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) mit zumindest einem p- oder n-dotierten Emitterbereich und zumindest einem zu dem Emitterbereich entgegengesetzt dotierten Basisbereich, wobei die erste Solarzelle als Silizium-Solarzelle ausgebildet ist, - zumindest eine zweite Teilsolarzelle (11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f) mit zumindest einem p- oder n-dotierten Emitterbereich und zumindest einem zu dem Emitterbereich entgegengesetzt dotierten Basisbereich und - zumindest eine Tunneldiode (12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f), welche zwischen erster und zweiter Teilsolarzelle angeordnet ist, wobei die Mehrfachsolarzelle monolithisch ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Tunneldiode (12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f) eine der ersten Teilsolarzelle zugewandte, p- oder n-dotierte erste Siliziumschicht, eine der ersten Teilsolarzelle abgewandte, zu der ersten Siliziumschicht entgegengesetzt dotierte zweite Siliziumschicht und eine zwischen erster und zweiter Siliziumschicht der Tunneldiode angeordnete Tunnelschicht aufweist.
Mehrfachsolarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tunnelschicht der Tunneldiode (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) eine Dicke im Bereich 0,5 nm bis 10 nm auf weist, insbesondere, dass die Tunnelschicht elektrisch nicht leitfähig ausgebildet ist und eine Dicke im Bereich 0,5 nm bis 1,5 nm aufweist oder dass die Tunnelschicht als dielektrische Schicht mit einer Dicke im Bereich 0,5 nm bis 1,5 nm ausgebildet ist.
Mehrfachsolarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Siliziumschicht der Tunneldiode (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) und die zweite Siliziumschicht der Tunneldiode (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) jeweils einen Anteil an Silizium von zumindest 95 Massenprozent, bevorzugt zumindest 98 Massenprozent, weiter bevorzugt zumindest 99 Massenprozent aufweisen.
Mehrfachsolarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zweite Siliziumschicht der Tunneldiode (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) eine amorphe oder bevorzugt polykristalline Siliziumschicht ist.
Mehrfachsolarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Siliziumschichten der Tunneldiode bevorzugt erste und zweite Siliziumschichten der Tunneldiode als Misch- oder Verbindungsschicht mit zumindest einem, bevorzugt genau einem weiteren Element aus der Gruppe Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff ausgebildet sind.
Mehrfachsolarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tunnelschicht der Tunneldiode (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) als siliziumhaltige Tunnelschicht ausgebildet ist, insbesondere als SiC-Schicht oder SiN-Schicht oder SiO-Schicht, wobei bevorzugt die Tunnelschicht der Tunneldiode (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) kein natives Oxid aufweist oder dass die Tunnelschicht der Tunneldiode (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) als eine Schicht aus der Gruppe AlC-Schicht, AlO-Schicht, AIN-Schicht, TiC-Schicht, TiO-Schicht, TiN-Schicht ausgebildet ist.
Mehrfachsolarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung der ersten und der zweiten Siliziumschicht der Tunneldiode jeweils größer 10¹⁸ cm^-3, insbesondere größer 10¹⁹ cm^-3, bevorzugt größer 10²⁰ cm^-3 ist.
Mehrfachsolarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung der Tunnelschicht der Tunneldiode (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) um zumindest einen Faktor 10, bevorzugt einen Faktor 100, insbesondere einen Faktor 1000 kleiner als die Dotierung der ersten und als die Dotierung der zweiten Siliziumschicht der Tunneldiode, insbesondere, dass die Tunnelschicht der Tunneldiode (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) eine intrinsische Schicht, bevorzugt dielektrische Schicht, ist.
Mehrfachsolarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungen der ersten und der zweiten Siliziumschicht der Tunneldiode mittels Dotierstoffen aus der Gruppe Arsen, Gallium ausgebildet sind.
Mehrfachsolarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Siliziumschicht der Tunneldiode (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) eine funktionale Schicht der ersten Teilsolarzelle ist, insbesondere, dass die erste Siliziumschicht der Tunneldiode (3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f) als Emitterbereich oder als Vorderseitenpassivierungsbereich (FSF) (13f) der ersten Teilsolarzelle ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrfachsolarzelle, mit den Verfahrensschritten E. Bereitstellen eines Siliziumsubstrats F. Ausbilden einer ersten p oder n- dotierten Siliziumschicht einer Tunneldiode auf dem Siliziumsubstrat (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f) oder in dem Siliziumsubstrat (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f) G. Ausbilden einer Tunnelschicht der Tunneldiode (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) auf der ersten Siliziumschicht der Tunneldiode H. Ausbilden einer zweiten, zu der ersten Siliziumschicht entgegengesetzten dotierten Siliziumschicht der Tunneldiode auf der Tunnelschicht der Tunneldiode (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f), wobei die zweite Siliziumschicht als amorphe oder polykristalline Siliziumschicht ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach Verfahrensschritt D ein Hochtemperaturschritt bei einer Temperatur von zumindest 700°C, insbesondere bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich 700°C bis 1050°C erfolgt.
Verfahren nach einem der Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zweite Siliziumschicht der Tunneldiode (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f), bevorzugt die erste und die zweite Siliziumschicht der Tunneldiode (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) als amorphe Siliziumschicht ausgebildet werden und in dem Hochtemperaturschritt eine Umwandlung aus dem amorphen in den polykristallinen Zustand erfolgt.
Verfahren nach einem der Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zweite Siliziumschicht der Tunneldiode (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f), bevorzugt die erste und die zweite Siliziumschicht der Tunneldiode (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) als amorphe Siliziumschicht ausgebildet werden und mit einer Dotierung mit einem, bevorzugt genau einem der Elemente aus der Gruppe Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff dotiert werden, um eine Umwandlung aus dem amorphen in den polykristallinen Zustand während des Hochtemperaturschritts zu verhindern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Siliziumsubstrat (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f) und der ersten Siliziumschicht der Tunneldiode eine Zwischenschicht (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f) ausgebildet wird, insbesondere eine dielektrische Zwischenschicht (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f).