DE2607005A1

DE2607005A1 - Lichtelektrische zelle

Info

Publication number: DE2607005A1
Application number: DE19762607005
Authority: DE
Inventors: Lawrence William James
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1975-02-27
Filing date: 1976-02-20
Publication date: 1976-09-09
Also published as: IL48996A; DE2607005C2; JPS51132793A; IL48996A0; FR2302593B1; FR2302593A1

Description

PATENTANWÄLTE DR. CLAUS REINLÄNDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT

D-8 München 60 · Orthstraße 12 · Telefon 832024/5 Telex 5212744 · Telegramme Interpatent

20. Feb. 1976

Vl P418 D

VARIAN Associates Palo Alto, CaI., USA

Lichtelektrische Zelle

Priorität: 27. Februar 1975 - USA - Ser. No. 553 850 Zusammenfassung

Eine Zelle zur Umwandlung von aufgenommener Lichtenergie in elektrische Energie besteht in der einfachsten Ausführung aus vier Schichten aus III-V-Halbleitermaterial unterschiedlicher Typen, die derart aufeinandergestapelt sind, daß wenigstens drei Grenzschichten bei entgegengesetzter Leitfähigkeit gebildet werden. Die äußeren beiden "aktiven" Grenz- oder Sperrschichten

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werden aus gegenüberliegenden Schichten mit angepaßten Gitterkonstanten gebildet, so daß mehrere Energiekonverter gebildet werden. Die mittlere "Verbindungs"-Grenzschicht wird von zwei aufeinanderstoßenden Zwischenschichten gebildet, die bewußt fehl angepaßte Gitterkonstanten haben, so daß ein Platz mit Gitterdefekten gebildet wird, der die mittlere Grenzschicht umgibt. Majoritätsträger (Elektronen und Löcher) rekombinieren an den Gitterdefekten. Dadurch wirkt die Verbindungsgrenzschicht als Ohmsche Verbindung mit geringem Widerstand, oder im wesentlichen als Kurzschluß, obwohl sie aus scheinbar in Sperrichtung vorgespannten Schichten mit entgegengesetzter Leitfähigkeit besteh^ so daß sie die energieumwandelnden Teile in Reihe schaltet. Eine Passivier- und Übergangsschicht ist zwischen der Verbindungsschicht und der unteren aktiven Sperrschicht vorgesehen. Durch die Aufeinanderstapelung von Grenzschichten, bei denen die die aktiven Sperrschichten bildenden Schichten zum unteren Teil des Stapels hin kleiner werdende Bandlücken haben, werden auftreffende Photonen mit erheblich größerem Wirkungsgrad in elektrische Energie umgewandelt als in einer Anordnung mit einer einzelnen Sperrschicht. Vorzugsweise werden die aufeinandergestapelten Schichten durch in geeigneter Weise dotierte, epitaktisch aufgewachsene Schichten aus Ga, In, Al, As, P und Sb gebildet. Die Anzahl der aktiven Sperrschichten wird vorzugsweise größer als zwei gemacht, beispielsweise werden derzeit sechs als praktisches Maximum betrachtet. Verbindungen geringen Widerstandes zwischen den energieumwandelnden Teilen, die durch die aktiven Sperrschichten gebildet werden, werden durch Verbindungs-Grenzschichten gebildet, die aus aneinanderstoßenden Schichten entgegengesetzter Leitfähigkeit und fehl angepaßten Gitterkonstanten gebildet werden.

Bei einer anderen Ausführungsform sind die Dotierkonzentrationen in den Teilen der Schichten, die unmittelbar an die Verbindungsschichten angrenzen, auf sehr hohe Werte gebracht, so daß solche

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Verbindungs-Grenzschichten dadurch Ohmsche Verbindungen geringen Widerstandes bilden, daß Träger unter der an solchen Verbindungs-Grenzschichten erzeugten Potentialbarriere tunneln.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein die Energieumwandlung und ins besondere lichtelektrische Zellen zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie mit erheblich größerem Wirkungsgrad als bisher möglich.

Bisher waren Zellen zur Umwandlung von Strahlungsenergie (beispielsweise Sonnenlicht) in elektrische Energie verfügbar, hatten Jedoch einen begrenzten Wirkungsgrad. Beispielsweise konnten die meisten derartigen Zellen auftreffende Photonen nur mit einigen Prozent Wirkungsgrad in elektrische Energie umwandeln. Es sind Zellen verfügbar, mit denen aufprallende Photonen mit höheren Wirkungsgraden in elektrische Energie umgewandelt werden, beispielsweise bis zu 20 %, solche Zellen sind jedoch für den erzielten Wirkungsgrad relativ aufwendig und sind deshalb auf Raumfahrzeuge und militärische Anwendungen begrenzt.

Es besteht heutzutage ein großer Bedarf an einer Umwandlungszelle für optische Energie mit wesentlich erhöhtem Wirkungsgrad. Eine solche Zelle könnte vorteilhafterweise dazu verwendet werden, Sonnenlicht in elektrischen Strom umzuwandeln, so daß die Nachfrage nach Energiequellen wie fossilen Brennstoffen, deren Vorräte begrenzt sind und die immer teurer werden, Kernkraftwerken, die außerordentlich teuer herzustellen sind und Nachteile hinsichtlich der Sicherheit und des Umweltschutzes haben, verringert werden kann. Der Wirkungsgrad und die Kosten von derzeitig verfügbaren Photozellen war jedoch nicht befriedigend genug, um die Solarenergieumwandlung praktisch durchführbar zu machen, ausgenommen in den erwähnten begrenzten Anwendungsfällen.

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Eine Schwierigkeit bei der Erhöhung des Umwandlungswirkungsgrades von Solarzellen liegt in der Schwierigkeit, Einrichtungen verfügbar zu machen, mit denen Sonnenlichtphotonen, die über eine bestimmte Fläche einfallen, wirksam in elektrischen Strom umzuwandeln. Diese Schwierigkeit entsteht deshalb, weil auftreffende Photonen aus dem Sonnenlicht ein relativ breites Frequenz-Wellenlängen-Spektrum oder eine Energieverteilung überdecken. Eine einzelne Solarzelle, die auf einen begrenzten Bereich von Solarwellenlängen oder Photonenenergien empfindlich ist, ist in der Lage, Photonen aus diesem Bereich mit relativ hohem Wirkungsgrad in elektrische Energie umzuwandeln. Solarphotonen, deren Energien oberhalb <ies Bereiches liegen, werden jedoch-von einer solchen Zelle nicht wirksam umgewandelt, und Photonen, deren Energien unterhalb dieses Bereiches liegen, werden überhaupt nicht umgewandelt, so daß der resultierende Gesamt-Solarenergie-Umwandlungswirkungsgrad der Zelle schlecht ist.

In der US-Patentschrift 2 949 498 ist zwar bereits vorgeschlagen worden, einen "Stapel" von Solarumwandlungszellen vorzusehen, von denen jede für einen bestimmten Bereich von Photonenenergien empfindlich oder auf diese abgestimmt ist, um den größten Teil des Sonnenspektrums zu umfassen, ein solcher Stapel war jedoch bisher praktisch nicht ausführbar, und zwar aufgrund der Schwierigkeit, brauchbare Kontakte zwischen den verschiedenen Schichten des Stapels herzustellen. Das heißt, es bestehen ganz erhebliche mechanische Probleme bei der Herstellung entsprechender Kontakte an die verschiedenen Schichten, aber selbst wenn solche Kontakte geschaffen werden könnten, würden sie einen erheblichen Prozentsatz an Photonen daran hindern, darunterliegende Schichten zu erreichen.(In der US-Patentschrift 2 949 498 werden keine praktikablen Kontakte oder Verbindungseinrichtungen beschrieben).

Es war nicht möglich, Zellen direkt in einer wirksamen Anordnung aufeinanderzustapeln, wenn Kontakte nur an den Außenflächen der

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untersten und obersten Zelle vorgesehen sind, da Solarzellen gewöhnlich gleichrichtende Sperrschichten aufweisen. Ein Stapel aus mehr als zwei solcher Sperrschichten schließt eine dazwischenliegende gleichrichtende Sperrschicht ein, die den Stromfluß blockiert und damit die Zelle hoch unwirksam macht, wenn nicht sogar nutzlos. Es ist vorgeschlagen worden, daß solche gleichrichtenden Sperrschichten kurzgeschlossen werden, und zwar durch Elemente, die diffundierte Trägerrekombinationen induzieren, mechanische Schäden, Tunnelgrenzschichten, oder Fehlanpassung der Gitterkonstanten der Schichten, bisher sind solche Einrichtungen Jedoch nicht mit III-V-Materialien ausgeführt worden, und in irgendeinem anderen- Material auch noch nicht wirksam ausgeführt worden.

Dementsprechend soll durch die Erfindung (l) eine Zelle zur Umwandlung von Strahlungsenergie mit erheblich erhöhtem Gesamtwirkungsgrad, (2) eine praktisch verwertbare lichtelektrische Zelle, mit der mehrere Photonenwellenlängen oder Energiebereiche umgewandelt werden können, und (3) eine Energieumwandlungszelle, in der mehrere Umwandlungszellen wirksam, wirtschaftlich, praktikabel und in neuartiger Weise gestapelt werden können, verfügbar gemacht werden. Weitere Aufgaben und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

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Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. IA eine Solarzelle nach der Erfindung mit zwei aktiven Sperrschichten;

Fig. IB ein Energiebanddiagramm der Solarzelle nach Fig. IA;

Fig. IC ein Metallisierungsmuster für den oberen Kontakt der Zelle nach Fig. IA;

Fig. ID graphisch den Zusammenhang zwischen Gitterkonstante und BandlUcke für die halbleitenden Bereiche der Zelle nach Fig. IA;

Fig. 2A einen Schnitt durch die halbleitenden Teile einer Solarzelle nach der Erfindung mit drei aktiven Sperrschichten;

Fig. 2B graphisch den Zusammenhang zwischen der Gitterkonstanten und der Bandlücke bei der Zelle nach Fig. 2A;

Fig. 3 graphisch den Zusammenhang zwischen dem Solarie is tungswirkungsgrad und der Anzahl aktiver Sperrschichten für Zellen nach der Erfindung;

Fig. 4A eine Zelle mit drei aktiven Sperrschichten, bei der der Tunneleffekt dazu verwendet wird, Verbindungs-Grenzschichten herzustellen, und

Fig. 4B ein Energiebanddiagramm für die Zelle nach Fig. 4A.

Fig. 1 Solarzelle mit zwei Sperrschichten - Beschreibung

Vor einer Diskussion der im Schnitt in Fig. IA dargestellten Solarzelle ist zu erwähnen, daß zwar versucht wurde, eine Angabe des Maßstabes in der Zeichnung vorzusehen, es ist jedoch nicht möglich, das vollständig durchzuführen, und zwar aufgrund der großen Variationen der Größen der Dimensionen der verschiedenen Schichten des gesamten Gerätes. Beispielsweise ist das Gerät

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höher als breit dargestellt, es ist jedoch nur ein kleiner, schmaler vertikaler Abschnitt des gesamten Gerätes dargestellt, und zwar beginnend an der linken Kante desselben, wie durch die Bruchkante an der rechten Seite dargestellt ist. Die Schichten mit kompletten vertikalen Begrenzungen sind zwar etwa entsprechend einem relativen Maßstab dargestellt, die Schichten mit unterbrochenen vertikalen Grenzlinien (16, 12,10 und 24) sind jedoch tatsächlich erheblich dicker als dargestellt, so daß ihre tatsächliche Dicke im Maßstab der Fig. IA nicht angegeben werden kann. Die Gesamtdicke des Gerätes liegt nur etwas über 200 micron oder 0.2 mm, während die horizontale Abmessung vorzugsweise 2 oder 3 cm beträgt, d.h., das 100 - bis 150 fache der Stärke.

Die Zelle nach Fig. IA, bei der es sich um die derzeit bevorzugte Ausführ-ungsform der Erfindimg handelt, soll entsprechend dem Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben werden. Ein Ausgangssubstrat 10 besteht aus Indiumphosphid (InP), das stark mit einer η-Dotierung dotiert ist (n⁺). Eine bescheiden n-dotierte Schicht aus Indiumgalliumarsenid (InGaAs) 12 ist epitaktisch auf das Substrat 10 gewachsen. Auf die Schicht 12 ist eine bescheiden p-dotierte Schicht 14 aus InP epitaktisch aufgewachsen. Dann ist eine epitaktische Schicht 16 aus Galliumarsenid (GaAs), die bescheiden mit n-Dotiermittel dotiert ist (n) auf Schicht 14 gewachsen. Schließlich ist eine epitaktische Endschicht 18 aus Galliumaluminiumarsenid (GaAlAs), die bescheiden p-dotiert ist (p), auf Schicht 16 aufgewachsen.

über die gesamte Bodenfläche des Substrats 10 ist ein unterer oder Boden-Kontakt 20 aus Metall (Gold-Germanium oder Zinn plus Nickel) aufgedampft. Das auf diese Weise beschichtete Substrat ist mittels einer Lotschicht 22 an einen Metallanschluß 24 angelötet.

Über die obere oder Stirn-Fläche der obersten Schicht 18 ist ein oberer Kontakt 26 aus Metall (vorzugsweise eine Silber-Zink-

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Legierung) aufgedampft. Ein Kontakt oder eine externe Leitung ist am oberen Kontakt 26 mittels beispielsweise einer Thermokompressionsbindung vorgesehen. Eine Antireflexionsschicht 30, beispielsweise Siliziumnitrid, Siliziumoxyd oder Siliziumdioxyd, ist über der obersten Schicht 18 niedergeschlagen.

Ein Lichtkonzentrator 32 kann dazu verwendet werden, Sonnenlicht 38 von einer erheblich größeren Fläche als der Oberfläche der Zelle auf die Oberseite der Zelle zu fokussieren. Beim Konzentrator 32 kann es sich um eine bikonvexe Linse handeln, wie dargestellt, es kann jedoch stattdessen auch ein Fokussierspiegel, eine Fresnellinse oder dergl. vorgesehen werden.

Wie noch näher erläutert wird, haben die Gitterkonstante (Dimension in Angström-Einheiten wiederkehrender symmetrischer Teile des Kristallgitters) und die Bandlücke (Energieniveau in Elektronenvolt (eV) von der oberen Begrenzung des Valenzbandes zur unteren Begrenzung des Leitfähigkeitsbandes) jeder halbleitenden Schicht in der Zelle nach Fig. 1 wichtige Funktionen in der Erfindung. Diese Parameter sind deshalb in Fig. ID dargestellt, in der graphisch .der Zusammenhang der Gitterkonstante mit der Bandlücke für die Halbleiterschichten nach Fig. IA dargestellt ist. Die Grenzkurve für Materialien, die das quarternäre System InGaAsP bilden, ist zur Veranschaulichung ebenfalls in Fig. ID dargestellt.

Insbesondere hat die Substratschicht 10 aus InP eine Bandlücke von etwa 1,35 eV und eine Gitterkonstante von etwa 5,85 AE.

Die erste epitaktische Schicht 12 aus InGaAs hat eine kleinere Bandlücke (d.h., etwa 0,8 eV) aber im wesentlichen die gleiche Gitterkonstante wie Schicht 10. Die Schichten 10 und 12 sind also hinsichtlich der Gitterkonstante angepaßt. Die Schicht 12 weist in der Nähe ihrer Oberfläche eine p-n-Grenzschicht 34 auf.

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Schreiten wir anschließend nach oben zur zweiten epitaktischen Schicht 14 aus InP, die als Übergangs- und Passivierschicht dient, so ist die Gitterkonstante die gleiche wie die der Schicht 12, die Bandlücke erhöht sich Jedoch auf 1,35 eV, der gleiche Wert wie für das Substrat 10. Die Gitterkonstantenanpassung zwischen den Schichten 12 und 14 sorgt für eine Grenzschicht mit angepaßter Gitterkonstante.

Schreiten wir weiter zur dritten epitaktischen Schicht 16 aus GaAs, so ist zu beachten, daß die Gitterkonstante sich auf 5 _t 65 AE verringert, die Bandlücke bleibt jedoch im wesentlichen gleich, d.h., sie wächst nur gering auf 1,42 eV. Es wird also eine hinsichtlich der Gitterkonstante fehl angepaßte oder "inaktive" Grenzschicht vorgesehen, wieder entsprechend der Erfindung. Durch die Fehlanpassung der Gitterkonstanten zwischen diesen beiden monokristallinen Schichten wird ein Platz für Gitterfehlstellen (in Fig. IB mit χ angedeutet) um die Grenzschicht zwischen den Schichten 14 und 16 herum gebildet. Wie noch später erläutert wird, sorgen die Fehlstellen dafür, daß diese Grenzschicht als Verblndungsschicht gemäß der Erfindung dient. Die Schicht 16 weist eine p-n-Grenzschicht 36 in der Nähe ihrer Oberfläche auf.

Beim weiteren Aufwärtsschreiten zur letzten und obersten epitaktischen Schicht 18 aus GaAlAs ist zu erkennen, daß die Gitterkonstante an die der Schicht 16 angepaßt 1st, so daß eine zweite aktive Sperrschicht gebildet wird. Die Bandlücke der Schicht 18 beträgt etwa 2,2 eV.

Wie noch näher unten erläutert wird, bilden die aktiven Sperrschichten erfindungsgemäß Energieumwandlungsstellen, während die Verbindungsschichten für Ohmsche Kontakte zwischen den Energieumwandlungsstellen sorgen.

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Fig. IB zeigt ein Ehergiebanddiagramm der Halbleiterschichten in Fig. 1, bezogen auf das Fermi-Niveau. Das Energiebanddiagramm in Fig. IB ist mit dem Schnitt Fig. IA ausgefluchtet, so daß das Energieband jeder Schicht in Fig. IA dadurch bestimmt werden kann, daß entsprechend den horizontal unterbrochenen Linien nach links geschaut wird.

Weitere physikalische Einzelheiten der Zelle nach Fig. IA werden im folgenden angegeben. Das Substrat 10 aus InP ist vorzugsweise mit Zinn, Tellur oder Selen zu einer Konzentration von etwa 10 Dotieratome pro Kubikzentimeter (DA/cm^) n-dotiert. Das Substrat hat vorzugsweise eine Stärke von etwa 200 micron und kann in irgendeiner passenden Größe hergestellt werden, beispielsweise ein Rechteck von etwa 2 χ 3 cm. Die erste epitaktische Schicht 12 aus InGaAs hat vorzugsweise eine Bandlücke von etwa 0,8 eV, eine Dicke von etwa 5 micron, und ist in ähnlicher Weise zu einer Konzentration von etwa 2 χ 10 DA/cwr η-dotiert. Die chemische Zusammensetzung würde sein etwa In«

Die nächste epitaktische Schicht 14:. aus InP ist vorzugsweise

17 mit Zink oder Magnesium zu einer Konzentration von etwa 4 χ 10 ' DA/cm p-dotiert und hat eine Stärke von etwa 2 micron.

Die nächste epitaktische Schicht 16 aus GaAs ist etwa 9 micron dick und wird vorzugsweise in zwei Stufen gebildet: Die ersten beiden Micron durch epitaktisches Wachsen aus dem Dampf, der mit Sn, Te oder S zu einer Konzentration von etwa 10 ^ DA/cnr n-dotiert ist, und danach folgt epitaktisches Wachsen aus der Flüssigkeit, die ebenfalls mit Sn, Te oder S zu einer Konzentration von 5 x 10 DA/cm n-dotiert ist, wobei die restlichen 7 micron entstehen.

Die oberste epitaktische Schicht 18 aus GaAlAs ist vorzugsweise mit Zink oder Magnesium zu einer Konzentration von etwa 2 χ 10 DA/cnr p-dotiert und hat eine Dicke von etwa 1 micron. Die

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elementare Zusammensetzung ist etwa Ga_{n O}c;Al_n γ,,-As.

Der Bodenkontakt 20 wird vorzugsweise durch Aufdampfen und Legieren bei etwa 400° C für etwa 15 Sekunden gebildet. Der Deckkontakt 26 hat vorzugsweise eine Dicke von etwa 5.000 AE und das Metallisierungsmuster gemäß Fig. IC sollte nicht mehr als einige wenige Prozent der gesamten Oberfläche des Gerätes bilden, da diese Metallisierung solare Photonen blockiert.

Eine Antireflexionsschicht 30 ist vorzugsweise durch Aufsprühen oder chemischen Niederschlag aus dem Dampf in bekannter Weise zu einer Stärke von etwa 1/4 der Wellenlänge der vorwiegenden auftreffenden Strahlung gebildet. Eine solche Beschichtung verringert die Oberflächenreflexion zwischen der Luft und dem darunterliegenden halbleitenden Material, so daß ein größerer Prozentsatz der auftreffenden Photonen in das Gerät eintreten kann. Zusätzliche Schichten ähnlich 30 (nicht dargestellt) ergeben eine weitere Herabsetzung der Reflexion.

Während des epitaktischen Wachsens der Schicht 14 auf Schicht 12, und während des Wachsens der folgenden Schichten, diffundiert etwas von der p-Dotierung in Schicht 14 in die Schicht 12, und zwar durch die hohen Temperaturen, die bei diesem Wachsen verwendet werden. Die Grenzschicht entgegengesetzter Leitfähigkeit zwischen den Schichten 12 und 14 tritt deshalb am Niveau 34 innerhalb der Schicht 12 und gerade unterhalb der Grenzschicht zur Schicht 14 auf. In ähnlicher Weise tritt beim Aufwachsen der Schicht 18 auf die Schicht 16 die Grenzschicht 36 entgegengesetzter Leitfähigkeit zwischen diesen innerhalb der Schicht 16 auf, gerade unterhalb ihrer Grenze zur Schicht 18.

Die in den verschiedenen Schichten gemäß Fig. IA verwendeten Elemente finden sich alle in den Spalten III und V des periodischen Systems der Elemente und werden erfindungsgemäß bevorzugt. Andere halbleitende Elemente können jedoch ebenfalls im Rahmen der Erfindung verwendet werden. Beispielsweise können Elemente

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der Spalten II und VI, wie CdS und CdTe verwendet werden, ebenfalls I-III-VI-Verbindungen, wie CuInS oder Variationen derselben, in denen beispielsweise Se als Ersatz für S verwendet wird, oder Ga für In; ebenso Il-IV-V-Verbindungen sie ZnSnP. Es können auch andere III-V-Verbindungen statt der oben erwähnten, am stärksten bevorzugten III-V-Verbindungen verwendet werden.

Wie in Fig. 1 angedeutet ist, kann das Substrat 10 statt aus InP auch aus Galliumarsenid bestehen, das in der Nähe der Oberfläche allmählich in Indium-Gallium-Arsenid übergeht, um eine Gitterkonstantenanpassung mit der Schicht 12 zu erreichen. Die Schicht 14 kann ebenso wie die oberste Schicht 18 alternativ aus Indium-Gallium-Phosphid (lⁿ _x ^Gai__x ^p) gebildet werden, vorausgesetzt, daß die beiden Verbindungen unterschiedliche Bestandteilproportionen haben. Wenn die Schicht 14 so gebildet ist, hat sie die gleiche Bandlücke wie die Schicht 16, so daß die unterbrochene Linie in Fig. ID, die Punkt 14 mit Punkt 16 verbindet, horizontal verläuft statt geneigt.

Weitere Details der oben beschriebenen III-V-Materialien, die Beziehung zwischen ihren Gitterkonstanten, Bandlücken und Legierungsproportionen sowie Verfahren zu ihrer Herstellung und zum Aufwachsen können aus den folgenden Veröffentlichungen entnommen werden:

1. "III-V Quaternary Alloys" von Antypas, Moon, Edgecumbe, Bell und James, S. 48-54, Gallium Arsenide and Related Compounds _t Proceedings of Fourth International Symposium, Boulder, Colorado, September 1972, veröffentlicht vom Institute of Physics, London und Bristol, 1973»

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2. "Bandgap and Lattice Constant of GaInAsP as a Function of Alloy Composition" von Moon, Antypas und James, 3 Journal of Electronic Materials 636-644 (1974) und dort genannte Literaturstellen.

Fig. 1 - Betriebsweise

Bekanntlich werden Minoritätsträger (Elektronen und Löcher) in den Leitungs- und Valenzbändern in den Bereichen der halbleitenden

.erzeugt,
Körper/ die einer Grenzschicht benachbart sind, bei der die Schichten angepaßte Gitterkonstanten aber unterschiedliche Leitfähigkeiten haben, beispielsweise Grenzschicht 36 anschließend an die Grenzschicht zwischen den Lagen 16 und 18, wenn Sonnen- oder andere optische Energie von der Quelle 38 auf die Oberfläche einer halbleitenden Grenzschicht auftrifft. Dadurch wird eine Spannungsdifferenz über der Grenzschicht aus entgegengesetzten Leitfähigkeiten erzeugt, die proportional und geringfügig kleiner ist als die Bandlückenenergie in Elektronenvolt der Schicht, in der die p-n-Grenzschicht auftritt.

Aufgrund des Auftreffens von Photonen von der Quelle 38 wird also eine Potentialdifferenz über der Grenzschicht 36 erzeugt, die für einen nutzbaren Ausgangsstrom entsprechend der Energiemenge sorgen kann, die auf diese Schichten fällt. Ein Lichtkonzentrator 32 kann vorteilhafterweise dazu verwendet werden, die Wellenenergiemenge zu erhöhen, die auf diese Schichte! fällt.

Diejenigen Photonen, deren Energien niedriger sind als die der BandlUcken der Schichten 16 und 18 werden nicht absorbiert oder umgewandelt, sondern passieren durch diese Schichten, plus Schicht 14, zur Schicht 12 hindurch. Da die Schicht 12 eine

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kleinere Bandlücke hat als die Schichten 16 und 18 werden auftreffende Photonen, die durch die Schichten 16 und 18 hindurchtreten, in erheblichem Umfang von der Schicht 12 absorbiert und in elektrische Energie umgewandelt, so daß eine Potentialdifferenz über der Grenzschicht 34 aus entgegengesetzten Leitfähigkeiten erzeugt wird. Diese Potentialdifferenz hat die gleiche Polarität wie die Potentialdifferenz zwischen den Schichten 16 und 18 und eine Größe, die geringfügig kleiner ist als die Bandlücke der Schicht 12.

Der von den Schichten 16 und 18 gebildete Energieumwandlungsort (Grenzschicht 36) kann damit als auf einen oberen Photonenoiergiebereich "abgestimmt" betrachtet werden, während der von den Schichten 12 und 14 gebildete Ort(Grenzschicht 34) als auf einen niedrigeren Photonenenergiebereich "abgestimmt" betrachtet werden kann.

Die Grenzschicht oder Sperrschicht zwischen den Schichten 14 und 16, die durch die darüberstehende Potentialdifferenz scheinbar in Sperrichtung vorgespannt wird, wirkt tatsächlich im wesentlichen als Kurzschluß, um die Energieumwandlungsplätze 12-14 und 16-18 in Reihe zu schalten. Der Grund dafür liegt darin, daß die Grenzschichtfläche zwischen den Schichten 14 und 16 gemäß Fig. IB viele Gitterdefekte enthält, die durch den schnellen Wechsel der unterschiedlichen Gitterkonstanten der Schichten 14 und 16 verursacht sind. Diese Defekte oder Störstellen wirken als Rekombinationsplätze für Träger, so daß die vielen Rekombinationen von Elektronen und Löchern an diesen Plätzen dafür sorgen, daß die Grenzschicht 14-16 als Ohmscher Kontakt mit sehr niedrigem Widerstand oder praktisch als Kurzschluß für den Strom erscheint, der durch die Photonenwirkung an den aktiven Grenz- oder Sperrschichten erzeugt wird.

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Dadurch, daß erfindungsgemäß bewußt eine Grenzschicht von unterschiedlichen Leitfähigkeiten mit fehl angepaßten Gittern zwischen Grenz- oder Sperrschichten mit angepaßten Gitterkonstanten vorgesehen wird, wird eine Verbindungsschicht gebildet, die effektiv die letztgenannten "aktiven" Sperrschichten in Reihe schaltet, so daß mehrere Photonenenergiebereiche mit hohem Wirkungsgrad umgewandelt werden, ohne daß problematische Kontakte oder andere Einrichtungen verwendet werden, die einen wesentlich schlechteren Wirkungsgrad für diesen Zweck haben als eine Gittergrenzschicht mit fehl angepaßter Gitterkonstante. Die auf irgendeine bestimmte Fläche fallenden Sonnenphotonen können dadurch mit erheblich größerem Wirkungsgrad in nutzbaren elektrischen Strom umgewandelt werden.

Schicht 18 sorgt für eine angepaßte Gitterkonstante über der Schicht 16, um die Oberfläche der Schicht 16 zu passivieren, und die Schicht 14 erfüllt eine ähnliche Funktion hinsichtlich der Schicht 12. Schicht 14 sorgt ebenfalls für die Gitterfehlanpassung an die Schicht 16, wie angegeben.

Die Zelle nach Fig. IA mit zwei aktiven Sperrschichten liefert unter optimalen terrestrischen Sonnenbeleuchtungsbedingungen ("Luftmasse 1") eine Ausgangsspannung von etwa 1,56 V und eine Leistung von etwa 254 W pro m².

Fig. 2 - Größere Zahlen von aktiven Sperrschichten

Die in der Zelle nach Fig. 1 mit zwei aktiven Sperrschichten verwendeten Prinzipien können weiter dadurch ausgeführt werden, daß Stapel mit größeren Zahlen von Schichten vorgesehen werden, um größere Zahlen von aktiven Sperrschichten zu erhalten, die 3ede auf einen getrennten Photonenenergiebereich "abgestimmt" sind, so daß Photonen mit noch größerem Wirkungsgrad umgewandelt werden. Benachbarte aktive Sperrschichten sollen

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selbstverständlich durch Grenzschichten mit fehl angepaßten Gittern miteinander verbunden werden, so daß die Gesamtzahl der Grenzschichten in jeder Zelle ungerade 1st, wobei die Anzahl der aktiven Grenzschichten um 1 größer ist als die Anzahl der Gitter-fehlangepaßten oder "inaktiven" Grenzschichten.

Fig. 2A zeigt eine Solarzelle mit drei aktiven Sperrschichten und zwei inaktiven Grenzschichten, mit denen die drei aktiven Sperrschichten in Reihe geschaltet werden. Fig. 2B zeigt graphisch den Zusammenhang zwischen der BandlUcke und der Gitterkonstante bei der Zelle nach Fig. 2A, wobei die gleichen Bezugszeichen dazu verwendet sind, die betreffenden Schichten in Fig. 2A zu bezeichnen.

Die Zelle nach Fig. 2A verwendet ein (nicht maßstäblich dargestelltes) GaAs-Substrat 100, das stark η-dotiert ist (n⁺). Auf der Schicht 100 ist durch epitaktisches Wachsen eine GaInAs (n)-Schicht 120 gebildet. Da, wie in Fig. 2B angedeutet, die Gitterkonstante der Schicht 120 sich erheblich von der der Schicht unterscheidet, muß an der Oberfläche der Schicht 100 ein nicht dargestellter Übergangsbereich vorgesehen werden, um den Übergang zur Schicht 120 zu erleichtern, um eine Konzentration von Gitterfehlstellen zu vermeiden. Der Anfangsteil der Schicht 120 sollte also aus GaAs durch epitaktischen Niederschlag gebildet werden, und dann sollte In allmählich hinzugefügt werden, um schließlich eine Schicht aus GaInAs zu erhalten, die die Gitterkonstante und die Bandlücke hat, die In Fig. 2B dargestellt ist.

Danach wird eine Übergangs- und Passivierschicht 140 auf GaInAsP epitaktisch auf die Schicht 120 aufgewachsen. Die Schicht ist im Gitter an die Schicht 120 angepaßt und hat eine

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erheblich größere BandlUcke als die Schicht 120, wie in Fig. 2B angedeutet. Die Schicht 140 ist p-dotiert und die tatsächliche p-n-Grenzschicht liegt irgendwo im oberen Teil der Schicht 120, wie früher angedeutet.

Eine Schicht 160 aus η-dotiertem GaInAsP wird dann epitaktisch auf die Schicht 140 aufgewachsen. Wie angedeutet, hat die Schicht 160 eine erheblich kleinere Gitterkonstante als die Schicht l40 und ist damit hinsichtlich der Gitterkonstante an die Schicht 140 fehl angepaßt, obwohl sie die gleiche BandlUcke hat wie die Schicht 140. Die Grenzschicht zwischen den Grenzschichten 140 und 160 bildet damit eine Verbindungsschicht und wirkt als Kurzschluß gemäß der Erfindung.

Eine Übergangs- und Passivierschicht 180 aus p-dotlertem GaInAsP wird dann durch epitaktischen Niederschlag auf die Schicht 160 aufgewachsen. Die Schicht 180 ist hinsichtlich der Gitterkonstante an die Schicht 160 angepaßt, hat Jedoch eine erheblich größere Bandlücke als die Schicht 160. Die p-n-Grenzschicht in der Nähe der Grenzfläche der Schichten 160 und 180 liegt irgendwo in der Oberfläche der Schicht 160.

Auf die Schicht 180 wird dann eine Schicht 200 aus n-dotiertem InGaAsP aufge\irachsen. Die Schicht 200 ist im Gitter fehl angepaßt an die Schicht 180, so daß eine weitere Verbindungsschicht gebildet wird. Die Schicht 200 hat die gleiche BandlUcke wie die Schicht 180.

Schließlich wird eine Schicht 210 aus GaInP (p-leitend) auf die Schicht 200 aufgewachsen; die Schicht 210 hat eine Gitteranpassung an die Schicht 200, aber eine unterschiedliche BandlUcke.

Die Zelle mit drei aktiven Grenzschichten gemäß Fig. 2 arbeitet in der gleichen Weise wie die Zelle nach Fig. 1, nur daß ein

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größerer Gesamt-Umwandlungswirkungsgrad für auftreffende Photonen auftritt, weil mehr aktive Grenzschichten, die Jede an ein engeres Energieband angepaßt sind, einen größeren Umwandlungswirkungsgrad bewirken. Die Ausgangsspannung der Zelle nach Fig. 2 ist größer als die der Zelle nach Fig. 1 aufgrund der größeren Anzahl von hintereinander geschalteten aktiven Grenzschichten.

Die tatsächlichen Atombruchteile der III-V-Elemente der Schichten können aus den Angaben in Fig. 2B und der topologischen Darstellung Fig. 1 des oben zitierten Aufsatzes von Moon, Antypas und James in "Journal of Electronic Materials". Die üblichen Kontakt-, Anschluß- und Antireflexionsschichten sind nicht dargestellt, sollten jedoch in der in Fig. 1 dargestellten Weise vorgesehen werden.

Flg. 3 - Maximale aktive Grenzschichten

Wenn die Anzahl der aktiven Grenzschichten in einer Zelle erhöht wird, tritt ein höherer Umwandlungswirkungsgrad der auftreffenden Solarphotonen in Ausgangsstrom auf. Diese Ausdehnung der Grenzschichten hat jedoch eine praktische Grenze aufgrund der Tatsache, daß der Wirkungsgrad Jeder Grenzschicht von der Leerlaufspannung der Grenzschicht abhängt, die etwa proportional dem Logarithmus des Stromes ist, den die Sperrschicht erzeugt. Wenn die Anzahl der Sperrschichten erhöht wird, erzeugt Jede Sperrschicht einen kleineren Strom. Wenn die durch Jede aktive Grenzschicht erzeugte Leistung addiert wird und durch die maximal verfügbare auftreffende Leistung aus Sonnenstrahlung geteilt wird, kann eine Anzeige für den Wirkungsgrad erhalten werden. Es ist ein Rechnerprogramm entwickelt worden, um den maximalen Sonnenenergie-Umwandlungswirkungsgrad unter optimalen terrestrischen Sonnenlichtbedingungen (Luftmasse l) für die Anzahl von Grenzschichten in einer Solarzelle zu berechnen, in der III-V-Materialien

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(In, Ga, As, Al und P) verwendet werden. Die BandlUcken der Jeweiligen Schichten werden so angeordnet, daß der optimale Ausgangsstrom jeder aktiven Grenzschicht gleich ist, so daß der beste Wirkungsgrad bei der Reihenschaltung erreicht wird. Eine Ausgabe aufgrund dieses Programms (Fig. 3) zeigt, daß der Wirkungsgrad sich schnell etwa 40 % bei etwa sechs Grenzschichten nähert.

Zusätzlich zur Erhöhung des internen Wirkungsgrades ergibt eine Erhöhung der Anzahl der Grenzschichten auch eine höhere Ausgangsspannung und eine Verringerung der Stromdichte durch die Zelle, weil die Photonenflußdichte, die an Jeder Grenzschicht absorbiert wird, sich verringert. Mit einer höheren Anzahl an Grenzschichten ergibt sich also eine höhere Ausgangsspannung und ein geringerer Strom. Diese Betriebsweise ist erwünscht, weil dadurch Wirkungsgradverluste durch Kontaktwiderstand und Ausbreitungswiderstandseffekte reduziert werden. Das heißt, es werden höhere Werte der Konzentration der Sonnenenergie ermöglicht, ehe Kontaktwiderstand- oder Ausbreitungswiderstand-Effekte wirklich bedeutsam werden.

Die folgende Tabelle gibt den ungefähren Energiewirkungsgrad, die Leerlaufspannung und die Ausgangsstromdichte für InGaAsP-Zellen mit verschiedenen Zahlen von aktiven Grenzschichten an.

Anzahl von	Leistungs	Leerlauf	Ausgangsstromdichte
Grenzschichten	wirkungsgrad	spannung	(mA/cm2)
1	16,6 %	1 Volt	16,3
2	26 %	1,56 Volt	16,3
3	31,6 %	2,53 Volt	12,2
4	36,4 %	3,52 Volt	10,3
6	39 %	5,45 Volt	7,2

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Fig. 4 - Verbindungsschichten, in denen der Tunneleffekt verwendet wird

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden Verbindungsschichten vorgesehen, die den Tunneleffekt verwenden, um Ohmsche Verbindungen mit geringem Widerstand zwischen den Energieumwandlungsplätzen zu schaffen, die von den aktiven Grenzschichten gebildet werden. Bekanntlich existiert dann, wenn eine relativ enge halbleitende Grenzschicht durch Schichten entgegengesetzter Leitfähigkeit mit sehr hohen Dotierungskonzentrationen in der Nachbarschaft der Grenzschicht gebildet wird, eine hohe Potentialbarriere, Träger sind Jedoch in der Lage, in der Gegenrichtung diese Barriere durch "Tunneln" zu durchqueren, selbst wenn die Potentialdifferenz über der Grenzschicht kleiner ist als die Potentialbarriere (US-Patentschrift 3 033 714).

Ein Beispiel dieser "Tunneleffekt"-Ausführung ist in Fig. 4A dargestellt, deren Energiebanddiagramm in Fig. 4B dargestellt ist. Das Gerät besteht aus einer Zelle mit vier aktiven Grenzschichten mit vier Sektionen 410, 412, 4l4 und 416, von denen jede aus drei aufeinanderfolgenden Schichten I, II und III besteht.

In jeder Sektion, beispielsweise 4l6, handelt es sich bei der obersten Lichteintrittsschicht I um eine Übergangs- und Passivierschicht mit relativ großer Bandlücke, die für p-Leitfähigkeit dotiert ist und Minoritätsträger einschränkt. Die Zwischenschicht II hat eine kleinere Bandlücke und ist ebenfalls für p-Leitfähigkeit dotiert; sie dient dazu, Licht zu absorbieren und Elektron-Loch-Paare zu erzeugen. Die Grenzschicht zwischen den Schichten I und II ist durch eine unterbrochene Linie 418 angedeutet, da beide Schichten gleiche Leitfähigkeit haben (obwohl sie unterschiedliche Elementanteile haben, wie noch erläutert wird).

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Die unterste Schicht III ist für η-Leitfähigkeit dotiert und hat die gleiche Bandlücke wie die Schicht II. Sie bildet eine aktive p-n-Sperrschicht mit der Schicht II, so daß auftreffende Photonen eine lichtelektrische Spannung über dieser Grenzschicht erzeugen, was durch eine ausgezogene Linie 420 angedeutet ist.

Der Unterteil 422 der Schicht III in Sektion 4l6 (416-III) ist sehr stark dotiert (10²⁰ - 10 DA/cnr) und zwar mit n-Leitfähigkeit verursachenden Atomen. In ähnlicher Weise ist der Oberteil 424 der Schicht 414-1 sehr stark mit p-Leitfähigkeit verursachenden Verunreinigungsatomen dotiert, so daß die Grenzschicht 426 zwischen diesen beiden Schichten (und zwischen den benachbarten Sektionen 414 und 416) in der Lage ist, Träger durch die Potentialbarriere aufgrund des oben erwähnten Tunneleffekts passleren zu lassen.

Die Grenzschicht 426 dient damit als Verbindungsschicht, die für eine Verbindung geringen Widerstandes zwischen den Sektionen 4l4 und 4l6 sorgt.

In ähnlicher Weise sind ähnliche "Tunnel"-Verbindungsschichten zwischen den Sektionen 410 und 412 und den Sektionen 412 und .vorgesehen.

Jede Schicht in Jeder Sektion des dargestellten Beispiels ist aus Gallium-Aluminium-Arsenid (Ga Al₁ As) gebildet, nur daß die beiden untersten Schichten des Stapels, 410-11 und 410-III, aus Gallium-Arsenid (GaAs) gebildet sind. Die Schicht 410-III ist das Ausgangssubstrat und alle folgenden Schichten sind in bekannter Weise darüber epitaktisch aufgewachsen.

Wie in der Zeichnung angegeben ist, sind die Proportionen von Gallium und Aluminium in den Schichten II und III jeder Sektion (mit der Ausnahme von 410) identisch und identisch mit der der

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Schicht I der nächsten darunter befindlichen Sektion. Schicht I der Sektion 416 ist einzigartig in ihrer Zusammensetzung, da die Sektion die oberste Schicht ist.

Aus den in der Zeichnung angegebenen chemischen Formeln und der zugehörigen Legende ist ersichtlich, daß der Prozentsatz an Gallium im Stapel von unten nach oben sich verringert, während der komplementäre Prozentsatz an Aluminium steigt. Für maximalen Wirkungsgrad sollte die Zusammensetzung des GaAlAs in Schritten geändert werden, die aus dem Sonnenspektrum berechnet sind, so daß jede Zelle oder aktive Grenzschicht den gleichen Strom erzeugt. Anders gesagt, das Integral des Photonenflusses über den Photonenenergiebereich zwischen den Bandlücken der Schichten I und II sollte für optimalen Wirkungsgrad für Jede Zelle nahezu identisch sein.

Andere Materialien als das dargestellte GaAl/GaAlAs-System können selbstverständlich bei dieser Tunnelausführung verwendet werden. Beispielsweise würde ein InGaAsP-System, wie bei der Ausführungsform nach Fig. IA, einen höheren Wirkungsgrad ergeben, da mit diesem Energie im längerwelligen Bereich des Sonnenspektrums umgewandelt werden kann. Es könnte von InGaP zu InGaAs längs einer Linie konstanter Gitterkonstante von etwa 5,8 AE fortschreiten.

Die obige Beschreibung enthält mehrere spezifische Angaben, diese sollten jedoch nicht als Beschränkungen der Erfindung betrachtet werden, da viele Variationen möglich sind. Beispielsweise können, wie bereits gesagt, viele andere Halbleitermaterialien verwendet werden, um eine Erhöhung des SonnenumwandlungsWirkungsgrades nach der Erfindung zu erreichen. Es können auch viele andere Möglichkeiten des Stapeins, Wachsens und Positionierens der Schichten ins Auge gefaßt werden.

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Claims

Vl P418 D

Patentansprüche

Lichtelektrische Zelle, gekennzeichnet durch eine erste epitaktische Schicht aus Halbleitermaterial, die aus einer ersten bestimmten Kombination von Elementen der Spalten III und V des periodischen Systems der Elemente besteht, ein Teil dieser Schicht, ausgehend von der Unterseite, mit Verunreinigungsatomen eines bestimmten Elementes in ausreichender Konzentration dotiert ist, um diesem Teil einen bestimmten Leitfähigkeitstyp zu verleihen, der
übrige Teil der Schicht, der den an die Oberseite dieser Schicht angrenzenden Teil derselben umfaßt, mit Verunreinigungsatomen eines bestimmten Elementes in ausreichender Konzentration dotiert ist, so daß dieser Teil entgegengesetzte Leitfähigkeit hat, so daß eine gleichrichtende p-n-Sperrschicht in der Schicht parallel zu deren Ober- und Unterseite gebildet wird, und die Schicht eine Bandlücke im Bereich von 0,4 bis 2,3 Elektron-Volt und eine bestimmte Gitterkonstante im Bereich von 5,4 bis 6,1 Angstrom-Einheiten hat, daß eine zweite epitaktische Schicht aus halbleitendem Material mit der Oberseite der ersten epitaktischen Schicht vereinigt ist und aus einer zweite.n bestimmten Kombination von Elementen der Spalten III und V des periodischen Systems der Elemente besteht, diese Schicht mit Verunreinigungen eines bestimmten Elementes in ausreichender Konzentration dotiert ist, so daß diese Schicht den genannten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp hat, die Schicht eine bestimmte Bandlücke im Bereich von 0,4 bis 2,3 Elektron-Volt hat, im wesentlichen die gleiche

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3 V

Gitterkonstante hat wie die erste epitaktische Schicht, und die zweite epitaktische Schicht mit der Oberseite der ersten epitaktischen Schicht derart vereinigt ist, daß eine erste Heterogrenzschicht gleichen Leitfähigkeitstyps mit dem Oberteil der ersten epitaktischen Schicht gebildet wird, und daß eine dritte epitaktische Schicht aus Halbleitermaterial aus einer dritten bestimmten Kombination von Elementen der Spalten III und V des periodischen Systems der Elemente vorgesehen ist, ein unterer Teil dieser Schicht, ausgehend von der Unterseite derselben, mit Verunreinigungsatomen eines bestimmten Elementes in ausreichender Konzentration dotiert ist, um diesem überwiegenden Teil den erstgenannten Leitfähigkeitstyp zu verleihen, der restliche Teil der Schicht mit Verunreinigungsatomen eines bestimmten Elementes in ausreichender Konzentration dotiert ist, um diesem Bereich den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu verleihen, so daß eine gleichrichtende p-n-Grenzschicht in dieser Schicht parallel zu deren Ober- und Unterseite gebildet wird, die Schicht eine bestimmte BandlUcke im Bereich von 0,4 bis 2,3 Elektron-Volt hat, die größer ist als die BandlUcke der ersten epitaktischen Schicht, die dritte epitaktische Schicht mit der Oberseite der zweiten epitaktischen Schicht bereinigt ist, so daß eine zweite Heterogrenzschicht mit entgegengesetzter Leitfähigkeit mit der zweiten epitaktischen Schicht gebildet wird, die zweite und dritte epitaktische Schicht auf diese Weise eine n-p-Grenzschicht liefern, die dritte epitaktische Schicht Einrichtungen aufweist, die im wesentlichen einen Kurzschluß zur zweiten epitaktischen Schicht in Richtung leichten Stromflusses über die p-n-Grenzschicht in der ersten epitaktischen Schicht und entgegengesetzt der Richtung leichten Stromflusses über die n-p-Hetero-Grenzschicht zwischen der zweiten und der dritten epitaktischen Schicht aufweist.

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as*
2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte epitaktische Schicht eine merklich andere Gitterkonstante hat als die zweite epitaktische Schicht, so daß die zweite Hetero-Grenzschicht ausreichend Gitterdefekte enthält, so daß sie einen erheblichen Kurzschluß zur zweiten epitaktischen Schicht liefert.
3. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinanderstoßenden Bereiche der zweiten und der dritten epitaktischen Schicht ausreichend stark mit zu entgegengesetzter Leitfähigkeit führenden Dotierstoffen dotiert sind, um eine Tunnel-Grenzschicht zu bilden, die für den merklichen Kurzschluß der dritten epitaktischen Schicht zur zweiten epitaktischen Schicht sorgt.
4. Zelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte epitaktische Schicht aus Halbleitermaterial mit der Oberseite der dritten epitaktischen Schicht vereinigt ist und eine zweite bestimmte Kombination von Elementen der Spalten III und V des periodischen Systems der Elemente besteht, diese Schicht mit Verunreinnigungen eines bestimmten Elementes in ausreichender Konzentration dotiert ist, um dieser Schicht die entgegengesetzte Leitfähigkeit zu verleihen, diese Schicht eine bestimmte Bandlücke im Bereich von 0,4 bis 2,3 Elektronen-Volt und im wesentlichen die gleiche Gitterkonstante wie die dritte epitaktische Schicht hat, und daß die vierte epitaktische Schicht mit der Oberseite der dritten epitaktischen Schicht derart vereinigt ist, daß eine dritte Hetero-Grenzschicht gleichen Leitfähigkeitstyps mit dem Oberteil der dritten epitaktischen Schicht gebildet wird.

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5. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an das Substrat angrenzende erste Schicht aus InGaAs besteht, die zweite epitaktische Schicht aus InP und die dritte epitaktische Schicht aus GaAs.
6. Zelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an das erste Substrat anschließende Schicht aus InGaAs besteht, die zweite epitaktische Schicht aus InP, die dritte epitaktische Schicht aus GaAs und die vierte epitaktische Schicht aus GaAlAs.
7. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß über den äußersten Schichten des Schichtenstapels eine Antireflexionsschicht vorgesehen ist.
8. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Konzentrator, mit dem auftreffendes Licht auf eine Außenschicht des Schichtstapels gerichtet und konzentriert wird.

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