DE2709288C2

DE2709288C2 - Solargenerator

Info

Publication number: DE2709288C2
Application number: DE2709288A
Authority: DE
Inventors: geb. Stepa&scaron;kina Tat'jana Andreevna Moskau/Moskva Licenko; Olga Vladimirovna Nekljudova; Dmitrij Semenovi&ccaron; Strebkov; Vadim Alekseevi&ccaron; Uni&scaron;kov; Vitalij Viktorovi&ccaron; Zadde
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-03-03
Filing date: 1977-03-03
Publication date: 1986-08-14
Also published as: DE2709288A1

Description

— die optischen Mittel aus einer auf der Solarzelle (1) angebrachten Schicht (2) bestehen, die aus einer Matrix von lichtdurchlässigen Elementen (12) und zwischen deren Seitenflächen angeordneten Zwischenschichten (14) zusammengesetzt ist,

— die Seitenflächen der lichtdurchlässigen Elemente (12) unter einem Winkel 0 < Φ < 180° gegen die aktive Fläche (3) der Solarzelle (1) geneigt sind,

— die Zwischenschichten (14) die die Solarzelle schädigende Strahlung (15) absorbieren,

— die Dicke (H) der Matrixschicht (2) etwa der Dicke (h)der Solarzelle (1) und

— die parallel zur aktiven Fläche der Solarzelle (1) gemessene Breite (I; D) der lichtdurchlässigen Elemente (12) etwa der Diffusionslänge (L) der Minoritätsladungsträger im Halbleitermaterial (6) des einen Leitungstyps entspricht.

2. Solargenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Elemente (12) der Matrixschicht (2) zylindrisch ausgebildet sind (F ig. 5,6).

3. Solargenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschichten (14) aus elektrisch leitendem Material bestehen, mit einigen oder sämtlichen Stromabnahmekontakten

(5) an der aktiven Fläche (3) der Solarzelle elektrisch verbunden und an eine gemeinsame Stromabnahmeschiene (24) angeschlossen sind (F ig. 13,14; 15,16).

4. Solargenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Halbleitermaterials

(6) des einen Leitungstyps geringer als die Diffusionslänge (L)der Minoritätsladungsträger im Halbleitermaterial ist.

5. Solargenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der lichtdurchlässigen Elemente (12) der Matrixschicht (2) aus einem Halbleitermaterial besteht, dessen Bandabstand größer ist als der des Halbleitermaterials der Solarzelle (I)(F ig. 8).

6. Solargenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Elemente (12) der Matrixschicht (2) als optische Konzentratoren ausgebildet sind, die die nützliche Strahlung (4) in einem Brennfleck (17) fokussieren, wobei die Absorptionszone (18) der im Brennfleck fokussierten nützlichen Strahlung (4) im Halbleitermaterial (6) des einen Leitungstyps in einem Abstand vom pn-Übergang (8) angeordnet ist, der geringer als die Diffusionslänge (L) der Minoritätsliidungsträger im Halbleitermaterial (6) des einen Leitungstyps (Fig-7).

7. Solargenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrixschicht (2) aus zwei Matrizen (22, 23) von lichtdurchlässigen Elementen (12,12') und Zwischenschichten (14,14') gebildet ist, wobei die Zwischenschichten (14) der oberen Matrix (22) unter einem Winkel (y) zu den Zwischenschichten (14') der unteren Matrix (23) angeordnet sind (F i g. 10).

8. Solargenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial (6) des einen Leitungstyps ein Teil der aktiven Fläche der Solarzelle (1) ist und mit einer ersten Schicht

(16) aus dielektrischem Material bedeckt ist, daß die Zwischenschichten (14) der Matrixschicht (2) aus elektrisch leitendem Material bestehen, und zu einer gemeinsamen Stromableitungsschiene (24) geführt sind, die an den einen Pol einer Gleichspannungsquelle (26) angeschlossen ist, deren anderer Pol an einem Stromabnahmekontakt (11) auf dem Halbleitermaterial (6) des einen Leitungstyps angeschlossen ist und d,aß zwischen der ersten Schicht. (16) aus dielektrischem Material und der Matrixschicht (2) eine Schicht (25) aus transparentem, elektrisch leitendem Material vorgesehen ist, die mit den Zwischenschichten (14) elektrisch verbunden ist (Fig. 11).

9. Sülargenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der der aktiven Fläche (3) der Solarzelle (1) zugewandten Oberfläche der Matrixschicht (2) eine zweite Schicht (28) aus dielektrischem Material vorgesehen ist, daß zwischen den Schichten (16, 28) aus dielektrischem Material die Schicht (25) aus elektrisch leitendem Material angeordnet ist, und daß die aus Halbleitermaterial ausgeführten Elemente (12) der Matrixschicht (2) durch die Zwischenschichten (14) elektrisch in Serie geschaltet sind, und ein Anschluß (31) der Serienschaltung mit einem Stromabnahmekontakt (11) auf dem Halbleitermaterial (6) des einen Leitungstyps und der andere Anschluß (30) mit der Schicht (25) aus elektrisch leitendem Material verbunden ist (Fig. 12).

Die Erfindung bezieht sich auf einen Solargenerator der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der US-PS 34 90 950 bekannten Art.

Bei dem bekannten Solargenerator wird die Solarzelle vor schädigender Strahlung wirksam geschützt, wobei die nützliche Strahlung ihrer aktiven Fläche mit gutem Wirkungsgrad zugeführt wird. Die optischen Mittel, die zur Ablenkung der schädigenden Strahlung und der Zufuhr der nützlichen Strahlung zur aktiven Fläche der Solarzelle dienen, bestehen jedoch aus optischen Mitteln, die viel Platz beanspruchen und ein hohes Gewicht haben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Solargenerator zu schaffen, der bei guter Absorption der schädigenden Strahlung und hohem Wirkungsgrad platz- und gewichtssparend aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß, ausgehend von dem gatlungsgemäßen Solargenerator, durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dabei ist zwar aus der US-PS 39 43 003 eine Antireflexschicht bekannt, die ähnlich aufgebaut ist, wie die erfindungsgemäße Matrixschicht, jedoch nicht als Strahlungsabsorptionsschicht wirkt. Bei dem Hrlbleiterbauelement der US-PS 39 43 003 ist zum Schutz vor schädigenderStrahlung eine Abdeckscheibe vorgesehen.

Der erfindungsgemäße Solargenerator zeichnet sich bei hoher Strahlungsfestigkeit gegen schädigende Strahlung durch geringes Gewicht und geringe Abmessungen aus. Er hat einen gesteigerten Wirkungsgrad, vor allem bei hohen Konzentrationen der photoaktiven Strahlung, was durch Übertragung der Strahlung zu den empfindlichsten Teilen der Solarzelle, durch möglichst vollständige Ausnutzung des Strahlungsspektrums, Verminderung der Stromverluste durch Oberflächen- und Volumenrekombination von Ladungsträgern, fast hundertprozentige Ausnutzung der aktiven Fläche, einen geringen Serienwiderstand und Vergrößerung der die Wärme abführenden Oberfläche erreicht wi-d. So kann der erfindungsgemäße Solargenerator mit einem Wirkungsgrad von mehr als 10% bei einer Leistung der nützlichen Strahlung von über 100 W/cm² arbeiten, d. h. bei einer Strahlungsleistung, die die Strahlungsleistung an der Erdoberfläche um das Tausendfache übersteigt Die Kosten einer elektrischen Leistungseinheit für terrestrische Energieanlagen mit erfindungsgemäß ausgeführten Siliziumgeneratoren, die zusammen mit Sonnenenergiekonzentratoren mit einem Durchmesser von ca. 1 m betrieben werden, werden ungefähr um das Tausendfache herabgesetzt.

Der erfindungsgemäße Solargenerator hat ferner eine hohe Strom- und Spannungsempfindlichkeit.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Solargenerators sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 9. Dabei sind die Merkmale des Patentanspruchs 4 aus der DE-OS 24 52 263 an sich bekannt.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Solargencrators werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Gesamtansicht einer ersten Ausführungsform eines Solargenerators,

Fig. 2 den Schnitt H-II in F ig. 1,

F i g. 3 die Gesamtansicht einer zweiten Ausführungsform eines Solargenerators,

F i g. 4 den Schnitt IV-IV in F i g. 3,

F i g. 5 die Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform des Solargeneratoi 5,

F i g. 6 den Schnitt VI-VI der F i g. 5,

F i g. 7 die Gesamtansicht einer vierten Ausführungsvariante des Solargenerators,

F i g. 8 die Gesamtansicht einer fünften Ausführungsform des Solargenerators,

Fig.9 die Gesamtansicht einer sechsten Ausführungsform des Solargenerators,

F i g. 10 die Gesamtansicht eines Solargenerators mit einem zweischichtigen Matrixüberzug,

Fig. 11 die Gesamtansicht einer siebten Ausführungsform des Solargenerators,

Fig. 12 die Gesamtansicht einer achten Ausführungsform des Solargenerators,

Fig. 13 die Draufsicht auf eine neunte Ausführungsform des Solargenerators,

F i g. 14 den Schnitt XIV-XIV in F i g. 13,

Fig. 15 die Gesamtansicht einer zehnten Ausführungsform des Solargenerators und

Fi g. 16 die Gesamtansicht einer elften Ausführungsform des Solargenerators.

In Fig. 1 ist ein Solargenerator dargestillt, der aus einer Solarzelle 1 mit einer Matrixschicht 2 besteht. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind in Fig.! die Matrixschicht 2 und die Solarzelle 1 voneinander entfernt gezeigt.

Auf die aktive Fläche 3 der Solarzelle 1, welche die durch die Matrixschicht 2 hindurchtretende nützliche Strahlung 4 empfängt, ist durch Vakuumbedampfung ein Stromabnahmekontakt 5 aufgetragen, der kammförmig ausgebildet ist und aus einer Metallschicht aus Titan-Palladium-Silber besteht. Die Solarzelle 1 ist in Gestalt einer Platte aus Halbleitermaterial 6, des einen Leitungstyps, z. B. p-leitendes Silizium ausgebildet, das den im weiteren als »Basisbereich« 6 bezeichneten Bereich der Solarzelle 1 bildet. Die p-Leitung ist durch die Majoritätsiadungsträger, »Löcher«, im Basisbereich 6 gewährleistet. Im Basisbereich 6 ist durch Dotierung mit Phosphor ein η-leitendes »Inversionsgebiet« 7 gebildet. Die η-Leitung ist durch Elektronen, Majoritätsladungsträger, im Inversionsgebiet 7, gewährleistet. Dieselben Stromträger, Elektronen, sind Minoritätsladungsträger im Basisbereich 6.

Die Grenze zwischen Inversionsgebiet 7 und Basisbereich 6 stellt einen pn-übergang 8 dar, der unmittelbar in der Nähe der aktiven Fläche 3 des Solargenerators liegt. In der Nähe der Rückenfläche 9 des Solargenerators, die von der aktiven Fläche 3 abgewandt ist, ist durch Dotierung mit Bor ein Isotypübergang 10 mit p—p+-Struktur gebildet, der zur Verminderung des

Übergangswiderstandes zwischen dem zweiten Stromabnahmekontakt 11 und dem Basisbereich 6 sowie zur Reflexion von Elektronen in Richtung auf den pn-Übergang8dient.
Der eine Stromabnahmekontakt 5 ist an das Inversionsgebiet 7 angeschlossen und hat, wie erwähnt, die Form eines Kammes. Der zweite Stromabnahmekontakt 11 bedeckt die ganze Rückenfläche 9 des Solargenerators und hat die Form einer Platte. Die Matrixschicht 2 enthält eine Reihe lichtdurchlässiger Elemente 12 in Gestalt lichtleitender Stäbe, die die Form von Parallelepipeden haben. Die Elemente 12 sind einschichtig angeordnet. Eine der Parallelepipedflächen erstreckt sich bis zur unmittelbar die nützliche Strahlung 4 aufnehmenden Empfangsoberfläche 13 der Matrixschicht 2. Die parallelepipedförmigen Elemente 12 sind miteinander über die ganze Fläche mittels Zwischenschichten 14 aus Blei verbunden, die als Abschirmungen gegen die schädliche Strahlung 15 dienen. An denselben Seitenflächen der Elemente 12 ist durch Vakuumbedampfung ein Reflexionsüberzug aus Silber (nicht gezeigt) aufgetragen. Man kann Silber durch ein anderes Material ersetzen, dessen Brechungszahl geringer ist als die der Elemente 12. Die Verbindung der Zwischenschichten 14 und der Elemente 12 wird über die gesamte Fläche der Seitenflächen mittels Klebstoff oder Lötmaterial vorgenommen.

Die Stromabnahmekontakte 5 an der aktiven Fläche 3 des Solargenerators sind im Grundriß mit den Zwischenschichten 14 übereinandergelegt und fallen bei Auflegen einer Matrixschicht 2 auf die aktive Fläche 3 mit den Zwischenschichten 14 vollständig zusammen.

Die Matrixschicht 2 befestigt man an der Solarzelle 1 mittels einer dünnen Klebstoffschicht.

Als Ausgangshalbleitermaterial für den Basisbereich 6 wird ein Werkstoff mit der größten Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger, z. B. Silizium mit einer Diffusionslänge von etwa 100 μπι verwendet. Um die volle Ansammlung der sich zum pn-übergang 8 bewegenden

5 6

Minoritätsladungsträger zu gewährleisten, darf die Dik- Je größer die Höhe H der Elemente 12 ist, desto bcs-

ke des Basisbereichs 6 die Diffusionslänge Lder Minori- ser ist die Absorptionsfähigkeit der Matrixschicht 2 und

tätsladungsträger im Basisbereich 6 nicht übersteigen desto kleiner der Öffnungswinkel λ,,,.,,,· die maximale

und muß praktisch der Dicke h der Solarzelle 1 gleich Höhe wird vor allem durch die zulässigen Abmessungen sein. 5 und die zulässige Masse, welche möglichst klein gehal-

Der Solargenerator arbeitet wie folgt: ten werden sollen, sowie durch Verluste des photoakti-

Die Empfangsoberfläche 13 der Matrixschicht 2 wird ven Teils der nützlichen Strahlung 4 bei Mehrfachrefleder nützlichen Strahlung 4 (durch parallele, die Sonnen- xion von den Wänden der Elemente 12 begrenzt,
strahlung symbolisierende Geraden angedeutet) und Für die entsprechend den oben dargelegten Überleder schädigenden Strahlung 15 (durch wellige Pfeile an- io gungen gewählte Höhe H werden die optimalen Schutzgedeutet), die gleichmäßig verteilt und im Umgebungs- fähigkeiten jedes Elementes 12 dann sichergestellt, raum isotrop gerichtet ist, aussetzt. Nachdem die nützli- wenn ihre Breite / geringer als die Höhe H oder dieser ehe Strahlung 4 durch die Matrixschicht 2 hindurchge- gleich ist. In diesem Falle wird der nach der Formel (1) treten ist, erreicht sie die aktive Fläche 3 des Solargene- gefundene öffnungswinkel x_max geringer oder gleich rators. Dabei braucht nicht die ganze nützliche Strah- 15 56°. Als am besten gegen die Strahlung geschützt erweiiung 4, sondern nur ein für die Solarzelle ί phoioakliver sen sich die tief von der aktiven Fläche 3 angeordneten Teil des Strahlungsspektrums auf die aktive Fläche 3 Schichtendes Basisbereiches 6, für die der öffnungswinaufzutreffen. kel ac_mm minimal ist.

Bei der ersten Ausführungsform des Solargenerators In allen Fällen muß man danach streben, den öffmit einer Solarzelle 1 aus Silizium liegt die nützliche 20 nungswinkel cc_mux zu verkleinern, jedoch wird bei unbe-

Strahlung 4 in einem Wellenlängenband von grenzter Verminderung der Breite/der Elemente 12 die

0,4 < λ < 1,1 μπι. Unter der Wirkung dieser nützlichen auf die Einheit der aktiven Fläche 3 bezogene Zahl der

Strahlung 4 entstehen überschüssige Minoritätsladungs- Zwischenschichten 14 gesteigert, was zur Beschattung

träger, die zum pn-übergang 8 hin angesammelt wer- der aktiven Fläche 3 durch die undurchsichtigen Zwi-

den. 25 schenschichten 14 führt. Die Dicke d soll viel geringer

Die nützliche Strahlung 4 tritt durch die Matrix- als die Breite / der Elemente 12 dimensioniert sein, je-

schicht 2 teils dank der Innenreflexion von den mit SiI- doch steht der Verminderung der Dicke cfder Zwischen-

ber bedeckten Wänden der Elemente 12 und teils dank schicht 14 entgegen, daß schädigende Strahlung 15

der Direktstrahlung ohne Änderung ihrer ursprüngli- durch Zwischenschichten 14 hindurchdringt, deren Dik-

chen Richtung hindurch. Der photoelektrisch inaktive 30 ke geringer als I μΐη ist. Bei der Ausführung des Solar-

Teil der nützlichen Strahlung 4 wird von der Empfangs- generators mit einer Matrixschicht 2 aus gläsernen EIc-

oberfläche 13 reflektiert oder vom Glas der Elemente 12 menten 12 gemäß F i g. 1 und 2, bei denen / = 0,3 mm,

absorbiert. H = 1 mm ist und zwischen denen die aus Blei beste-

Der Einfallswinkel der schädigenden Strahlung 15 henden Zwischenschichten 14 von einer Dicke

fällt im allgemeinen nicht mit dem Einfallswinkel der 35 d = 0,01 mm angeordnet sind, erreichen mindestens

Strahlung 4 zusammen. Zum Unterschied vom photoak- 95% des photoaktiven Teils des Strahlungsspektrums

tiven Teil der nützlichen Strahlung 4 wird die schädigen- die Solarzelle 1, wobei der Öffnungswinkel a„_m der EIe-

de Strahlung 15 beim Durchtritt durch die Matrixschicht mente 12 der Matrixschicht 2 ungefähr gleich 15" ist und

2 nicht von den Wänden der Elemente 12 reflektiert. Auf der Durchlässigkeitsfaktor k_max der schädigenden Strah-

die Solarzelle 1 trifft nur derjenige Teil der schädigen- 40 lung 15 ca. 0,085 beträgt. Der Solargenerator besitzt

den Strahlung 15 auf, der die Elemente 12 durchläuft, also bezüglich der schädigenden Strahlung 15, die iso-

ohne die Zwischenschichten 14 zu berühren. Der übrige trop in der senkrecht zu den Reihen der Elemente 12 der

Teil der schädigenden Strahlung 15 wird beim Auftref- Matrixschicht 2 verlaufenden Ebene gerichtet ist, eine

fen auf die Zwischenschichten 14, insbesondere Blei, in Strahlenfestigkeit, die um ungefähr das 12fache die

bedeutendem Maße absorbiert. 45 Strahlenfestigkeit eines Schutzüberzugs in Form einer

Bei der isotropen Verteilung der schädigenden Strah- Glasplatte übersteigt, wobei der gleiche Wirkungsgrad,

lung 15 im Umgebungsraum wird die Wirksamkeit der der von dem Einfallwinkel der nützlichen Strahlung 4

Matrixschicht 2 durch den Durchlässigkeitsfaktor K für praktisch unabhängig ist, infolge geringer Verluste

die schädigende Strahlung 15, den nach F i g. 2 gemesse- durch die volle Innenreflexion beibehalten wird, so daß

nen Öffnungswinkel *_mj, für die Elemente 12 und durch 50 die Ausgangsleistung des Solargenerators z. B. für den

die Durchsichtigkeit der Matrixschicht 2 für den photo- Fall erhöht wird, daß er als Bestandteil der Sonnenbat-

aktiven Teil der nützlichen Strahlung 4, welche von den terie eines kosmischen Flugapparats, der nicht auf die

Abmessungen /und A/der Elemente 12 abhängig sind, Sonne orientiert ist, verwendet wird,

sowie durch die Dicke d der Zwischenschichten 14 be- Gemäß F i g. 3 und 4 ist die Matrixschicht als lichtlci-

stimmt. 55 tende Matrix aus Elementen 12 in Miniaturbauweise

Für die Parameter, welche die Strahlenfestigkeit des ausgeführt, die der Form nach Parallelepipede darstel-

Solargenerators in der zu den Reihen der Elemente 12 len, welche zur Arbeitsfläche unter einem Winkel φ

senkrechten Ebene bestimmen, ergibt sich die folgende (F i g. 3) geneigt sind. Die nützliche Strahlung 4 und die

Beziehung: schädigende Strahlung 15 sind senkrecht zur Empfangs-

, 60 oberfläche 13 der Matrixschicht 2 gerichtet. Die geringe

_t_mj, = 2arctg (1) Masse und die kleinen Außenmaße eines solchen Solargenerators werden durch Verminderung der Dicke H

Der maximale Durchlässigkeitsfaktor k_m3X der schädi- der Matrixschicht 2 bis auf den Wert gesichert, der mit

genden Strahlung ist gleich: der Dicke h der Solarzelle 1 vergleichbar ist Eine höhe-

65 re Strahlenfestigkeit des Generators wird durch Nei-

_k = "■">" ⁽2) gung der Zwischenschichten 12 unter einem Winkel φ,

~ der von 90° verschieden ist, zur aktiven Fläche 3 erreicht, weil der maximale Öffnungswinkel λ,,,.·,, (F i g. 4)

vermindert wird.

Allgemein kann der öffnungswinkel «_mai in Abhängigkeit von der Geometrie der Elemente 12 der Matrixschicht 2 folgendermaßen ermittelt werden.

bei // = / ■ tg φ: tf„,„> = arctg — , O)

bei //</-tg*: g-, = π- ψ -arctg )< <⁴>

Ig ν:

= arctg

Bei der Ausführung des Generators nach F i g. 4 wird bei einem Winkel ψ < 90° und H > I- tgg? die schädigende Strahlung 15 durch die Zwischenschichten 14 vollständig zurückgehalten, während der photoaktive Teil der nützlichen Strahlung 4 die Solarzelle 1 nur durch die volle Innenreflexion erreicht.

Wenn die schädigende Strahlung 15 isotrop gerichtet ist, wird bei einer Matrixschicht 2 mit H = 1 mm, / = 0,33 mm und φ = 45° der Durchlässigkeitsfaktor Ar,,,,,, der schädigenden Strahlung 15 in einer senkrecht zu den Reihen der Elemente 12 liegenden Ebene nach den Formeln (2) und (5) ermittelt und ist gleich 0,05. Also hat der Solargenerator eine 20mal höhere Strahlenfestigkeit als ein bekannter Solargenerator mit einem Schutzüberzug in Form einer Glasplatte.

In F i g. 5 und 6 ist in zwei Ansichten ein Solargenerator gezeigt, der eine Solarzelle 1 und eine Matrixschicht 2 enthält, die als Matrix von Elementen 12 in Mikrominiaturbauweise ausgeführt ist, wobei jedes Element die Form eines Zylinders hat, dessen Durchmesser D und Höhe H (F i g. 6) mit der Dicke h der Solarzelle 1 vergleichbar sind.

Die Elemente 12 sind durch Zwischenschichten 14 miteinander verbunden, die in der Nähe der Empfangsoberfläche 13 senkrecht zu der letzteren gerichtet und in der Nähe der entgegengesetzten Oberfläche der Matrixschicht 2 unter einem Winkel φ geneigt sind, was die Schutzeigenschaften der Matrixschicht 2 bezüglich der schädigenden Strahlung 15 erhöht Wie aus F i g. 5 ersichtlich, ist der Schutz gegen die schädigende Strahlung j 5 besser als bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform des Solargenerators, weil die Zwischenschichten 14 jedes Element 12 über dessen gesamte Mantelfläche umgeben und nicht nur über zwei Seitenflächen.

Bei Vergrößerung des Neigungswinkels φ der Mantelfläche der Zylinder wird der Raumöffnungswinkel oimax kleiner und gleichzeitig werden die Schutzeigenschaften des Solargenerators bezüglich der schädigenden Strahlung 15 verbessert Bei der Dimensionierung der Höhe H und des Durchmessers D für die Zylinder geht man von den Überlegungen aus, die für die Auswahl der Maße der Matrixschicht 2 des in F i g. 1 abgebildeten Solargenerators gelten. Die optimalen Schutzeigenschaften bezüglich der schädigenden Strahlung 15 werden gewährleistet wenn der Zylinderdurchmesser D geringer als die Höhe H oder gleich dieser ist weil der öffnungswinkel a_mux in diesem Fall vermindert wird.

Die besten Bedingungen für die Durchlässigkeit der nützlichen Strahlung 4 sind bei kleiner Dicke dder Zwischenschichten 14 und geringer Höhe f/zu verzeichnen.

Weil die Zwischenschichten 14 in der Nähe der Empfangsoberfläche 13 unter dem Winkel von 90° zu dieser gerichtet sind, wird bei einem beliebigen Einfallwinkel der nützlichen Strahlung 4 die "ückwärtige Reflexion ausgeschlossen.

Fig. 7 zeigt einen Solargenerator, der eine Vielzahl von zu einer Monolithstruktur vereinigten Solarzellen 1 aus Silizium aufweist, die als Parallelepipede in Mikrominiaturbauweise ausgeführt sind, bei denen die Breite b und die Höhe Hangenähert gleich der Diffusionslänge L der Minoritätsladungsträger im Basisbereich 6 sind. Die Solarzellen 1 enthalten in der zur aktiven Fläche 3 senkrechten Ebene jeweils einen pn-übergang 8 und einen Isotypübergang 10. Die Stromabnahmekontakte 5, welche an das Inversionsgebiet 7 angeschlossen sind, und die Stromabnahmekontakte 11, die an den Basisbereich 6 angeschlossen sind, liegen auch in der zur aktiven Fläche 3 senkrechten Ebene und befestigen einander benachbarte Solarzellen 1.

Die Matrixschicht 2 besteht aus Elementen 12 in Gestalt von gläsernen optischen Konzentratoren, die die nützliche Strahlung 4 konzentrieren, und aus als Metallprismen ausgebildeten Zwischenschichten 14, die die schädigende Strahlung 15 absorbieren. Die Matrixschicht 2 wird an den Solarzellen 1 mit Hilfe einer Klebmittelschicht 16 festgehalten. Die Elemente 12 sind derart angeordnet, daß der Abstand von einem beliebigen Punkt des Brennflecks 17 der Elemente 12 bis zur Ebene der pn-Übergänge geringer als die Diffusionslänge L der Minoritätsladungsträger im Basisbereich 6 der Solarzellen 1 ist.

Eine höhere Strahlenfestigkeit und ein erhöhter Wirkungsgrad dieses Solargenerators gegenüber den in F i g. 1 bis 6 abgebildeten Generatoren werden dadurch erreicht, daß die Zwischenschichten 14 den größten Teil der aktiven Fläche 3 der Solarzellen 1 verdecken, so daß sich als ungeschützt höchstens 10% der aktiven Fläche 3 erweisen.

Die gegen die schädigende Strahlung 15 ungeschützten Bereiche der aktiven Fläche 3 fallen mit dem Brennfleck 17 der Elemente 12 zusammen, wodurch die Innenreflexion der ganze photoaktive Teil des Strahlungsspektrums der nützlichen Strahlung 4 gesammelt wird.

Obwohl die Zonen 18 für die Erzeugung der Minoritätsladungsträger, die unter derWirkung des photoaktiven Teils der nützlichen Strahlung 4 entstehen, und die der durch die schädigende Strahlung 15 bedingten Strahlungsdefekte im Basisbereich 6 der Solarzellen 1 zusammenfallen, vermindert der Solargenerator seinen Wirkungsgrad nicht, weil der Abstand von der Zone 18 für die Erzeugung der Minoritätsladungsträger bis zum pn-Übergang 8 kleiner als deren Diffusionslänge L ist und alle Minoritätsladungsträger den pn-Übergang 8 erreichen.

Jedoch kann die weitere Einwirkung der schädigenden Strahlung 15 zu wesentlichen Deffekten in der Halbleiterstruktur und einer beträchtlichen Verminderung der Diffusionslänge L der Minoritätsladungsträger im Basisbereich 6 führen, was wiederum eine Senkung des Wirkungsgrades von dem Augenblick an verursacht, in dem die Diffusionslänge L der Minoritätsladungsträger im Basisgebiet 6 geringer wird als der Abstand vom Brennfleck 17 bis zum pn-Übergang 8.

Also ist die Zusatzstrahlenfestigkeit des Solargenerators dem Verhältnis der Diffusionslänge L der Minoritätsladungsträger im Basisbereich 6 zum Abstand vom Brennfleck 17 bis zum pn-Übergang 8 proportional.
Da der photoaktive Teil der nützlichen Strahlung 4 im

Basisbereich 6 in unmittelbarer Nähe des pn-Übergangs 8 absorbiert wird, werden für die Minoritätsladungsträger die Volumen- und Oberflächenrekombinationsverluste herabgesetzt wächst der Sammelfaktor der sich

zum pn-Übergang hin bewegenden Minoritätsladungsträger an und wird der Wirkungsgrad des Solargenerators gesteigert.

Fig.8 zeigt eine weitere Variante des Solargenerators, der eine Vielzahl von Germanium-Solarzellen 1 in Mikrominiaturausführung enthält, die zu einer Monolithstruktur mittels der Stromabnahmekontakte 5 und 11 vereinigt sind. Die Breite b und die Höhe h der Photowandler 1 sind mit der Diffusionslänge L der Minoritätsladungsträger im Basisbereich 6 vergleichbar.

Die Ebenen der pn-Übergänge 8 und der Stromabnahmekontakte 5 und 11 liegen senkrecht zur aktiven Fläche 3. Die Matrixschicht 2 ist als Festkörpermatrix aus Elementen 12 gefertigt, welche aus einem Halbleitermaterial, gegebenenfalls aus Silizium, bestehen. Das Halbleitermaterial für die Elemente 12 wird ausgehend von der Bedingung gewählt, daß der photoaktive Teil der nützlichen Strahlung 4 durch die Matrixschicht 2 hindurchgelassen werden muß. Dies ist nur dann möglich, wenn die verbotene Zone des Halbleitermaterials für die Elemente 12 der Matrixschicht 2 die Breite der verbotenen Zone des Materials für die Solarzellen 1 des Solargenerators übersteigt.

Im Halbleitermaterial jedes Elements 12 ist durch Dotierung mit Phosphor ein pn-übergang 19 der Matrixschicht 2 ausgeführt, so daß jedes Element 12 zu einer Solarzelle wird. Dabei stellen die Zwischenschichten 14 aus elektrisch leitendem Material, gegebenenfalls aus einer Nickelfolie, das mit Zinn-Blei-Lot (nicht abgebildet) bedeckt ist, Stromabnahmekontakte dar, die an das Inversionsgebiet und den Basisbereich der Elemente 12 der Matrixschicht 2 angeschlossen sind. Die Breite /der Elemente 12 der Matrixschicht 2 ist der Breite b der Solarzellen 1 gleich, während die Zwischenschichten 14 dieselbe Dicke ei wie die Stromabnahmekontakte 5 und 11 haben. Die Elemente 12 der Matrixschicht 2 und die Solarzellen 1 sind im Grundriß übereinandergelegt. Die aus einer Nickelfolie mit Zinn-Blei-Lot gefertigten Zwischenschichten 14 schützen gegen die schädigende Strahlung 15 ebenso gut wie die Zwischenschicht 14 bei dem Solargenerator von Fig. 1.

Um zur aktiven Fläche 3 den photoaktiven Spektralanteil der nützlichen Strahlung 4, der außerhalb der Kante des Hauptabsorptionsbandes eines Halbleitermaterials der Elemente 12 liegt, durchzulassen, nimmt man als Ausgangsmaterial einen hochohmigen Halbleiter, wie Silizium mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 1 Ohm · cm, und bedeckt die Seitenwände mit einer metallischen Spiegelschicht, z. B. einer Aluminiumschicht, die unter der Nickelfolienschicht angeordnet ist.

Der im gegebenen Falle gesicherte Schutz gegen die schädigende Strahlung 15 ist dem Schutz des nach F i g. 1 ausgeführten Solargenerators gleichwertig; gegebenenfalls erzeugt aber die Matrixschicht 2 selbst eine zusätzliche Leistung dadurch, daß von ihren Elementen 12 ein kurzwelliger Spektralanteil der nützlichen Strahlung 4 umgewandelt wird, der durch Solarzellen 1 nicht mit hohem Wirkungsgrad umgewandelt werden kann.

Somit enthält der in Fi g. 8 dargestellte Solargenerator zwei Matrizen oder zwei Solarzellenstufen, von denen jede eine optimale Breite der verbotenen Zone für den bestimmten Spektralanteil der nützlichen Strahlung 4 hat. was die Erhöhung der Spektralempfindlichkeit des photoelektrischen Halbleitergenerators und der zu erzeugenden Leistung ermöglicht.

In Fig.9 ist ein Solargenerator gezeigt, bei dem die Matrixschicht 2 aus Elementen 12 hergestellt ist, die aus einem Halbleitermaterial bestehen und Solarzellen in Mikrominiaturausführung darstellen wie bei der obenbeschriebenen Ausführungsform des Solargenerators. Die Elemente 12 der Matrixschicht 2 sind zu einer Festkörpermatrix und die in Mikrominiaturbauweise ausgeführten Solarzellen ebenfalls zu einer Festkörpermatrix vereinigt. Die Elemente 12 der Matrixschicht verfügen über einzelne Stromabnahmekontakte 20. Die Reihe der Solarzellen 1 und die Reihe der Elemente 12 sind in zueinander senkrechten Richtungen angeordnet. Die als Solarzellen wirkenden Elemente 12 wandeln den kurzwelligen Spektralanteil der nützlichen Strahlung 4 um, während der langwellige Spektralanteil der nützlichen Strahlung 4 zur aktiven Fläche 3 des Solargenerators durchtritt.

Die Energie der nützlichen Strahlung 4 ist nicht gleichmäßig auf die aktive Fläche 3 verteilt, sondern in einem Gebiet konzentriert, so daß die nützliche Strahlung 4 die Form eines Flecks hat. Jede Solarzelle 1 und jedes Element 12 erzeugen die der Konzentration der Strahlungsenergie proportionalen Spannungen bzw. Ströme, welche von einzelnen Stromabnahmekontakten 20 abgenommen werden.

Dadurch wird das Anwendungsgebiet der vorgeschlagenen Variante des Solargenerators gegenüber dem in Fig.8 gezeigten Ausführungsbeispiel erweitert. Der Solargenerator kann als Positions-Zweikoordinatengeber verwendet werden, der fähig ist, der Änderung der Konzentrationsgleichmäßigkeit der Energie der nützlichen Strahlung 4 hochempfindlich zu folgen. Der Solargenerator läßt sich zur Orientierung eines Objekts auf eine Lichtquelle nach zwei Koordinaten verwenden, z. B. einer Sonnenbatterie auf die Sonne, und zur Messung der Richtung eines Laserstrahls. Dabei beträgt die Empfindlichkeit nicht weniger als 0,8 V je 1 mm Abweichung des Lichtstrahls.

Ein elektrisches Signal, das an den einzelnen Stromabnahmekontakten entsteht und das die Information über eine Änderung von Parametern der nützlichen Strahlung 4 trägt, kann nach der Verstärkung Systeme steuern, die die nützliche Strahlung 4 verfolgen.

Fi g. 10 zeigt einen Solargenerator der aus zwei Matrizen aus Glaselementen 12 besteht, die mit Hilfe einer Schicht 21 aus durchsichtigem Klebmittel miteinander verbunden sind. Jede lichtleitende Matrix besteht aus Elementen 12, die parallelepipedförmig ausgeführt sind, und Zwischenschichten 14 aus Bleifolie aufweisen.

Die Seitenflächen der Elemente 12 und die Zwischenschichten der oberen Matrix 22 der Matrixschicht 2 erstrecken sich senkrecht zur Empfangsoberfiäche 13, während in der unteren Matrix 23 die Zwischenschichten 14' und die Seitenflächen 12' zur aktiven Fläche 3 unter einem Winkel ^geneigt sind. Die Matrizen 22 und 23 sind zueinander so angeordnet, daß die Zwischenschichten 14 und 14' an den Berührungsstellen völlig zusammenfallen und zueinander unter einem Winkel γ angeordnet sind.
Die Anordnung der Zwischenschichten 14, 14' unter dem Winkel /zueinander sichert einen vollkommeneren Schutz gegen die schädigende Strahlung 15, die zur Empfangsoberfiäche 13 der Matrixschicht 2 unter verschiedenen Winkeln gerichtet ist. Bei optimaler Dimensionierung der Elemente 12 und 12' sowie des Winkels ;' zwischen den Zwischenschichten 14 und 14' wird die schädigende Strahlung 15, die sich längs einer beliebigen, die Empfangsoberfiäche 13 schneidenden Geraden fortpflanzt, durch die Zwischenschicht 14 oder 14' ab-

sorbiert, wobei der Schutz gegen die schädigende Strahlung maximal ist.

In einem solchen Solargenerator ist die Solarzelle mit der Matrixschicht 2 gegen die schädigende Strahlung 15 abgeschirmt, und der photoaktive Teil der nützlichen Strahlung 4 erreicht dank der vollen Innenreflexion von den Seitenwänden der Elemente 12 oder 12' die aktive Fläche 3.

Die Ausführung des Solargenerators nach Fig. 10 ermöglicht ebenfalls eine Erhöhung des Wirkungsgrades, weil der durch die Zwischenschichten 14 und 14' besetzte Teil der aktiven Fläche 3 bedeutend verringert wird im Vergleich zu dem in F i g. 5 und 6 dargestellten Solargenerator.

In Fig. 11 ist noch eine Variante des Solargenerators gezeigt, bestehend aus Photowandlern 1. die als Mikrominiaturparallelelepipede ausgeführt sind, deren Breite b und Höhe h mit der Diffusionslänge L der Minoritätsladungsträger im Basisbereich 6 vergleichbar sind. Die Solarzellen 1 mit je einem pn-übergang 8 und einem Isotypübergang 10 sind mittels der Stromabnahmekontakte 5 zu einem Festkörperblock vereinigt.

Der Basisbereich 6 ist ein Teil der aktiven Fläche 3, die mit einer Klebmittelschicht 16 aus dielektrischem Material bedeckt ist.

Die Matrixschicht 2 ist mit metallischen Zwischenschichten 14 gefertigt, die zu einer gemeinsamen Stromableitungsschiene 24 herausgeführt und mit einer elektrisch leitenden Schicht 25 elektrisch verbunden sind, die zwischen der Matrixschicht 2 und einer Klebemittelschicht 16 aus dielektrischem Material angeordnet ist. An die Stromableitungsschiene 24 ist der eine Pol einer Gleichspannungsquelle 26 angeschlossen, deren anderer Pol über einen der Stromabnahmekontakte 11 mit dem Basisbereich 6 verbunden ist.

Die elektrisch leitende Schicht 25 ist eine dünne durchsichtige Folie, z. B. aus Zinndioxid, und wirkt als Elektrode, die die elektrische Feldstärke auf der aktiven Fläche 3 steuert. Um eine hinreichend hohe elektrische Feldstärke von etwa 10⁶ V/cm zu erzeugen, wird die Klebmittelschicht 16 bei einer relativ geringen Spannung an der Quelle 26 aus dielektrischem Material möglichst dünn hergestellt.

Beim Anschluß des negativen Pols der Quelle 26 an den p-leitenden Basisbereich 6 und des positiven Pols der Quelle 26 an die gemeinsame Stromableitungsschiene 24 und bei Erzeugung einer Gleichspannung (~ 100 V) zwischen der elektrisch leitenden Schicht 25 und dem Basisbereich 6 werden die Minoritätsladungsträger (Elektronen) im Basisgebiet 6 in der Nähe der aktiven Fläche 3 (sog. Feldeffekt) des Solargenerators gesammelt, wobei die Elektronenkonzentration in der Nähe der aktiven Fläche 3 die Konzentration der Majoritätsladungsträger im Basisbereich 6 übersteigt, so daß ein zusätzliches Inversionsgebiet (nicht gezeigt) gebildet wird, das parallel zur aktiven Fläche 3 liegt, die vom Basisbereich 6 durch einen pn-Obergang (nicht gezeigt) getrennt ist, der sich mit dem schon im Basisbereich 6 vorhandenen pn-Übergang 8 verbindet.

Um die Überbrückung der zusätzlichen pn-Übergänge durch die Stromabnahmekontakte 5 und 11 zu vermeiden, werden auf der aktiven Fläche 3 durch chemisches Ätzen Nuten 27 eingearbeitet, deren Tiefe um ein Mehrfaches größer sein muß als die Dicke der Klebmittelschicht 16, um die elektrische Feldstärke am Boden der Nuten 27 herabzusetzen.

Im Vergleich mit dem in F i g. 1 gezeigten Solargenerator besitzt der der F i g. 11 einen höheren Wirkungsgrad, was mit Hilfe des Feldeffekts gesichert wird, durch den über die ganze aktive Fläche 3 eine zusätzliche Potentialbarriere für die Minoritätsladungsträger gebildet ist, durch die die Oberflächenrekombination der Minoritätsladungsträger praktisch auf Null gebracht wird. Je nach Polung an der elektrisch leitenden Schicht vom n-Leitungstyp entsteht ein zusätzlicher Isotypübergang bzw. ein zusätzliches Inversionsgebiet und folglich auch ein zusätzlicher pn-Übergang im Basisbereich 6. Infolge

ίο seiner geringen Dicke und guten elektrophysikalischen Eigenschaften erhöht das genannte Inversionsgebiet die Spektralempfindlichkeit der Solarzellen 1 im Kurzwellenbereich der nützlichen Strahlung 4 und den zu erzeugenden Photostrom.

In Fig. 12 ist ein Solargenerator dargestellt, dessen Solarzellen 1 als Mikrominiaturparallelepipede ausgebildet sind, die zu einer elektrischen Parallelschaltung verbunden und mittels der Stromabnahmekontakte 5 zu einem Festkörperblock zusammengefaßt sind, jede Solarzelle 1 hat an den Seitenflächen pn-Übergänge 8 und Stromabnahmekontakte 11 zum Basisbereich 6, der sich bis zur aktiven Fläche 3 erstreckt, die mit einer Klebmittelschicht 16 bedeckt ist. Die Elemente 12 aus Halbleitermaterial sind mit einer Breite der verbotenen Zone ausgeführt, die die der verbotenen Zone der Solarzelle 1 übersteigt, und stellen Solarzellen in Mikrominiaturausführung dar, die mittels metallischer Zwischenschichten 14 hintereinander verbunden sind. Die Oberfläche der Matrixschicht 2. die der aktiven Fläche 3 zugewandt ist, ist mit einer durchsichtigen dielektrischen Folie 28 bedeckt.

Zwischen der durchsichtigen dielektrischen Folie 28 und der Klebmittelschicht 16 aus dielektrischem Material ist eine durchsichtige elektrisch leitende Schicht 25 angeordnet, die als Steuerelektrode dient. Mittels eines Leiters 29 ist die elektrisch leitende Schicht 25 an die erste Ableitung 30 des Serienstromkreises der Elemente 12 der Matrixschicht 2 angeschlossen, die. wie schon erwähnt, eine Solarzelle in Mikrominiaturausführung darstellen. Die zweite Ableitung 31 des Serienstromkreises der Elemente 12 der Matrixschicht 2 ist mittels eines Leiters 32 mit den Stromabnahmekontakten 11, die zu einer gemeinsamen Stromableitungsschiene 33 herausgeführt ist, und folglich mit den Basisbereichen 6 der Fotowandler 1 verbunden.

Die Anzahl der Elemente 12 der Matrixschicht 2. die Dicke der Klebemittelschicht 16 und das Ladungsvorzeichen der elektrisch leitenden Schicht sind in der Weise ausgewählt, daß auf der aktiven Fläche 3 unter der Wirkung des Feldeffekts eine elektrische Feldstärke von etwa 10^b V/cm erzeugt wird, so daß in unmittelbarer Nähe der aktiven Fläche 3 ein pn-Übergang (nicht gezeigt) gebildet wird, der parallel zu der aktiven Fläche 3 liegt und die früher erzeugten pn-Übergänge 8 untereinander verbindet.

Das zusätzliche Inversionsgebiet, das mit Hilfe des Feldeffekts (siehe die Beschreibung der in Fig. 11, 12 gezeigten Solargeneratoren) gebildet wird, ist dünner als das durch Dotierung erhaltene Inversionsgebiet 7, und die Minoritätsladungsträger im zusätzlichen Inversionsgebiet besitzen eine längere Lebenszeit als die im Inversionsgebiet 7, wodurch die Spektralempfindlichkeit der Solarzellen 1 im Kurzwellenbereich gesteigert wird.

Der Solargenerator der F i g. i 2 weist gegenüber dem der Fig. 8, bei dem die Elemente 12 ebenfalls als Solarzellen aus Halbleitermaterial ausgeführt sind, einen höheren Wirkungsgrad auf. Der Wirkungsgrad wird se-

steigert, weil der für die Solarzellen 1 inaktive Teil der nützlichen Strahlung 4 durch die Elemente 12 der Matrixschicht 2 umgewandelt wird.

Durch Ausnutzung dci Feldeffekts läßt sich die Spektralempfindlichkeit stufenlos regeln. Besteht die Solarzelle 1 aus Silizium, kann die Kennlinie der Spektralempfindlichkeit durch Änderung der Ladung an der leitenden Schicht 25 von einer dünnen Spitze bei einer Wellenlänge von 1 μτη bis zu einem breiten horizontalen Abschnitt für einen Wellenbereich von 0,5 bis 1 μπι geändert werden.

In Fig. 13 und 14 ist eine weitere Ausführungsform des Solargenerators in Draufsicht bzw. im Schnitt dargestellt

Die Elemente 12 (F ig. 14) der Matrixschicht 2 sind als Glasparallelepide ausgeführt. Die Zwischenschichten 14 sind aus einem elektrisch leitenden Material mit geringem spezifischem Widerstand, z. B. aus Kupfer, gefertigt, miteinander elektrisch verbunden und zu einer gemeinsamen Stromableitungsschiene 24 herausgeführt. Die Matrixschicht 2 ist auf der aktiven Fläche 3 des Solargenerators durch Verlöten der Zwischenschichten 14 mit den Stromabnahmekontakten befestigt, wobei die Zwischenschichten 14 senkrecht zu den Leiterbahnen der Stromabnahmekontakte 5 (Fig. 13) liegen. Der Stromabnahmekontakt 11 (Fig. 14) zum Basisbereich 6 ist als durchgehende Platte ausgeführt.

Die Querschnittsfläche der Zwischenschichten 14 ist um ein mehrfaches größer als die Querschnittsfläche der Stromabnahmekontakte 5. Proportional zur Änderung des Verhältnisses der genannten Querschnittsflächen wird der elektrische Widerstand der Zwischenschichten 14 geändert. Der mit / bezeichnete Abstand der Zwischenschichten 14 übersteigt 1 mm nicht.

Neber, der erhöhten Strahlenfestigkeit ermöglicht somit der in Fi g. 13 und 14 gezeigte Aufbau des Solargenerators die Verminderung der Leistungsverluste durch die Widerstände der Stromabnahmekontakte 5. Eine zusätzliche Verminderung des Serienwiderstandes der Solarzelle 1 ergibt sich dadurch, daß der Widerstand im Inversionsgebiet in Folge des verringerten Abstandes / < 1 mm zwischen den Stromabnahmekontakten herabgesetzt wird, deren Breite ungefähr 10 μπι beträgt.

Dank des niedrigen Serienwiderstandes der Solarzelle 1 wird der hohe Wirkungsgrad des Solargenerators bei erhöhten Konzentrationen (etwa 10 W/cm²) der nützlichen Strahlung 4 beibehalten und der Generator kann eine Leistung von etwa 1 W je 1 cm² der Fläche der Solarzelle 1 erzeugen.

In F i g. 15 ist ein Solargenerator gezeigt, bei dem die Außenflächen der Stromabnahmekontakte 5, die über die aktive Fläche 3 hinausragen, vollständig übereinandergelegt und mit den Zwischenschichten 14 der Matrixschicht 2 verbunden sind. Alle Zwischenschichten 14 sind aus Kupfer gefertigt und zu einer gemeinsamen Schiene 24 herausgeführt.

Das Material der Zwischenschicht 14 reduziert den elektrischen Widerstand längs der Stromabnahmekontakte 5 um so viel, wie die Höhe H der Zwischenschicht 14 die Dicke des Stromabnahmekontakts 5 übersteigt. Zur Verringerung des Ausbreitungswiderstands zwischen den Stromabnahmekontakten 5 ist im Inversionsgebiet 7 über dem pn-Übergang 8 der Abstand zwischen den Stromabnahmekontakten 5 geringer als 1 mm. Die Breite des Stromabnahmekontakts 5 ist ungefähr gleich der Dicke c/der Zwischenschichten 14 und beträgt nicht mehr als 0,1 mm.

Der Solargenerator nach F i g. 15 besitzt einen höheren Wirkungsgrad als der in Fi g. 13 und 14 dargestellte und erzeugt eine Ausgangsleistung von etwa 5 W je 1 cm² Arbeitsfläche der Solarzelle 1 bei einer hoher Konzentration der nützlichen Strahlung 4 durch Verringerung der Beschattung der aktiven Fläche 3 mit der Zwischenschichten 14 und durch einen kleineren Serienwiderstand des Solargenerators.

Die Solarzelle 1 der Fig. 16 weist in unmittelbarer Nähe der aktiven Fläche 3 einen Isotypübergang 10 auf

ic während in der Nähe der Rückenfläche 9 ein pn-Übergang 8 angeordnet ist der vom Isotypübergang 10 in einem Abstand liegt, der kleiner ist als die Diffusionslänge L der Minoritätsladungsträger im Basisgebiet 6.
Der plattenförmig ausgebildete, an das Jnversionsgebiet 7 angeschlossene Stromabnahmekontakt 5 ist aus einem mit Kupferfolie überzogenen Nickelfilm gefertigi und bedeckt die ganze Rückenfläche 9 des Solargenerators. Die Zwischenschichten 14 der Matrixschicht 2 bestehen aus Kupfer und sind an die Stromabnahmekon· takte 11 angelötet, die über die aktive Fläche 3 hinausragen und an den Basisbereich 6 angeschlossen sind. Bei einem solchen Solargenerator verschwindet praktisch der Ausbreitungswiderstand im Inversionsgebiet 7, das vom Basisgebiet 6 durch den pn-Übergang 8 getrennt ist; vernachlässig'· ar gering ist auch der Widerstand längs der zusammen an eine gemeinsame Stromableitungsschiene 24 angeschlossenen Stromabnahmekontakte 11 bzw. Zwischenschichten 14, wobei der Ausbreitungswiderstand im Basisbereich 6 ebenfalls klein ist weil die Breite /der Elemente 12 der Matrixschicht 2 die Dicke des Basisbereiches 6 nicht übersteigt. Dank der obenerwähnten Umständen werden der Wirkungsgrad und die Ausgangsleistung des Solargenerators bei äußerst hohen (mehr als 50 W je 1 cm²) Konzentralioner der nützlichen Strahlung 4 gesteigert.

Eine geringe Breite /der Elemente 12 führt dazu, daC bei einer Strahlungsdichte von etwa 100 W/cm² im Basisbereich 6 die Konzentration der photoangeregter Ladungsträger um einige Größenordnungen höher liegi als die Gleichgewichtsladungsträgerkonzentration, wodurch der Ausbreitungswiderstand im Basisbereich ί angenähert proportional der Leistungszunahme der nützlichen Strahlung 4 verringert und der Betriebsbereich des Solargenerators erweitert wird, in welchen" eine lineare Abhängigkeit des zu erzeugenden Strom: bzw. der Ausgangsleistung von der Leistung der nützlichen Strahlung 4 beibehalten wird.

Die Strahlenfestigkeit der in Fig. Il bis 14 und Ii dargestellten Solargeneratoren ist ungefähr gleich dei Strahlenfestigkeit des in F i g. 1 gezeigten Generators Bei dem in Fig. 15 abgebildeten Solargenerator, dei eine erhöhte Strahlfestigkeit besitzt, ist diese gleich groß wie bei dem gemäß F i g. 3 und 4 ausgeführter Generator.

Das Verfahren zur Herstellung des Solargenerator.' wird an Hand nachstehender Beispiele veranschaulicht.

Der in Fig. 1 gezeigte Solargenerator wird nach dei

üblichen Technologie hergestellt, deren Hauptschritu sind: Vorbereitung der Oberflächen von Siliziumplatten Schaffung der pn-Übergänge 8 und Isotypübergänge K durch Störstellendiffusion bis auf eine Tiefe vor 0,1 ... 0,5 μίτι. Aufbringung der Stromabnahmekontaku 5 und 11, Aufbringung eines vergüteten Überzugs au die aktive Fläche 3.

Zur Herstellung der Matrixschicht 2 siedet man di( Glasbänder in einer Essigsäurelösung, wobei an dei Oberfläche ein Film entsteht, dessen Brechungszahl ge ringer ist als die im Glasvolumen. Zwischen die Glas

bänder wird Bleifolie gelegt Die Ränder werden an ihrer gesamten Seitenfläche zu einer Säule zusammengeklebt Darauf wird die so erhaltene Säule in lichtleitende Matrizen zerschnitten, welche man poliert und an die aktive Fläche 3 des Solargenerators derart anklebt, daß die Zwischenschichten 14 aus Blei mit den Stromabnahmekontakten übereinanderliegen.

Die Herstellung des Solargenerators gemäß F i g. 3,4 wird auf ähnliche Weise, wie oben beschrieben, durchgeführt Der Unterschied besteht darin, daß die lichtleitenden Matrizen der Matrixschicht 2 aus einer Säule unter einem Winkel φ zur Ebene der Glasbänder ausgeschnitten werden.

Zar Herstellung des in F i g. 5 und 6 gezeigten Solargenerators werden dieselben Verfahrensschritte wie beim in F i g. 1 dargestellten Generator durchgeführt, nur mit dem Unterschied, daß man die Säule aus entsprechend gebogenen Glasstäben zusammenfaßt, die mit Hilfe eines Klebmittels zusammengeklebt werden, das als Füllstoff ein Bleipulver enthält Darauf wird die Säule unter einem bestimmten Winkel φ zur Seitenfläche der Stäbe zerschnitten.

Um den Solargenerator gemäß F i g. 7 herzustellen, werden die beiderseits mit einem Metall bedeckten Siliziumplatten mit je einem pn-Übergang 8 und einem Isotypübergang 10 über die gesamte Seitenfläche zu einer Säule zusammengelötet, worauf die Säule senkrecht zur Ebene der Übergänge in Matrizen zerschnitten wird. Dann werden die Matrizen abgekantet, ihre beiden Flächen poliert, worauf auf die aktive Fläche 3 ein vergüteter Überzug aufgebracht wird. Die Matrixschicht 2 wird aus profilierten, in einer siedenden Essigsäurelösung behandelten Glaselementen 12 gefertigt, die in eine Reihe zusammengelegt werden. Dann fixiert man die sphärische Oberfläche der Elemente 12 mit Paraphin und füllt die Zwischenräume der Elemente 12 mit einem Klebmittel aus, das einen Füllstoff aus Bleipulver enthält. Danach wird die mit dem Klebmittel bedeckte Oberfläche geschliffen und poliert, bis das erforderliche Maß des Brennflecks erhalten wird. Die Matrixschicht 2 wird an die aktive Fläche 3 derart angeklebt, daß der Rand des Brennflecks 17 mit der Stelle zusammenfällt, an der sich der pn-Übergang 8 bis zur Oberfläche erstreckt.

Zur Herstellung des Solargenerators gemäß F i g. 8 werden beiderseits mit einem Metall bedeckte Germaniumplatte mit je einem pn-Übergang verwendet, die zu einer Säule zusammengelötet werden. Die Säule wird senkrecht zur Ebene der pn-Übergänge in Matrizen zerschnitten. Dann werden die Matrizen abgekantet und ihre beiden Flächen werden poliert. Die Matrixschicht 2 wird aus Siliziumplatten ähnlich wie oben beschrieben ausgeführt, jedoch bilden die metallenen Kontakte an der Grenze mit dem Silizium eine Spiegelfläche. Der Solargenerator gemäß F i g. 9 wird ähnlich wie der der F i g. 8 hergestellt; der Unterschied besteht darin, daß an jede Solarzelle 1 und jedes Element 12 der Matrixschicht 2 eigene Stromabnahmekontakte 20 angelötet werden.

Zur Herstellung des Solargenerators gemäß Fig. 10 werden dieselben Verfahrensschritte wie beim in F i g. 1 und 3 gezeigten Generator durchgeführt; der Unterschied besteht darin, daß man auf die Matrixschicht 2 der Elemente 12, die zur aktiven Fläche 3 geneigt sind, die zweite Schicht der Matrixschicht 2 klebt, deren Elemente 12 so ausgeführt sind, daß die Zwischenschichten 14' senkrecht zur Empfangsoberfläche 13' angeordnet Zur Herstellung des Solargenerators gemäß Fig. 11 werden die beiderseits mit einem Metall bedeckten Siliziumplatten mit je einem pn-Übergang 8 verwendet, die untereinander zu einer Säule zusammengelötet werden. Die so erhaltene Säule wird in Matrizen senkrecht zur Ebene der pn-Übergänge 8 zerschnitten. Dann werden die Matrizen abgekantet Die Matrixschicht 2 wird auf ähnliche Weise gefertigt wie die des gemäß F i g. 1 ausgeführten Generators, jedoch sind hierbei SEimtüche

ίο Zwischenschichten 14 elektrisch miteinander verbunden und zu einer gemeinsamen Stromableitungsschiene 24 hinausgeführt wobei auf die Oberfläche der Matrixschicht 2 eine elektrisch leitende durchsichtige Schicht aus Zinndioxid, z. B. durch Vakuumbedampfung: aufgebracht wird. Die Matrixschicht 2 wird an die Solarzelle 1 mit Hilfe einer dünnen Klebmittelschicht 16 angeklebt die eine elektrische Feldstärke von etwa 10⁶ V/cm aushält
Zur Herstellung des Solargenerators gemäß Fig. 12 werden beiderseits mit einer Metallschicht bedeckte Germaniumplatten mit je einem pn-Übergang 8 verwendet, die untereinander zu einer Säule zusam mengelötet werden. Die Säule wird in Matrizen zerschnitten. Dann werden die beiden Flächen der Matrizen poliert und die Stromabnahmekontakte zum Basisbereich sämtlicher Solarzellen 1 aufgebracht Die aktive Fläche 3 wird hierbei durch Vakuumbedampfung zunächst mit einem durchsichtigen dielektrischen Film 28 aus Glas und dann mit einer durchsichtigen Schicht aus Zinndioxid bedeckt.

Die Matrixschicht 2 aus Siliziumplatten wird ähnlich wie die Matrixschicht 2 des in F i g. 8 gezeigten Generators gefertigt.

Bei der Herstellung des Solargenerators gemäß Fig. 13, 14 werden dieselben Verfahrensschritte wie beim in Fig. 1 gezeigten Generator durchgeführt; der Unterschied besteht darin, daß die Matrixschicht 2 an der Solarzelle 1 durch Verlöten der Zwischenschichten 14 aus Kupferfolie mit den Stromabnahmekontakten 5 befestigt wird.

Die Herstellung des Solargenerators gemäß Fig. 15 wird ähnlich verwirklicht; der Unterschied besteht darin, daß die Übereinanderlegung der Stromabnahmekontakte 5 mit den Zwischenschichten 14 im Grundriß nach Lithographiemethoden vorgenommen wird, wobei die Matrixschicht 2 als Photoschablone dient.

Die Herstellung des Generators gemäß F i g. 16 wird ähnlich wie beim gemäß Fig. 15 ausgeführten Generator verwirklicht; der Unterschied besteht darin, daß die Silizium-Solarzelle 1 mit einem Isotypübergang 10 an der aktiven Fläche 3 ausgeführt ist, während die Zwischenschichten 14 elektrisch mit den Stromabnahmekontakten 11 verbunden sind.

In allen Fällen kann man an Stelle des pn-Übergangs eine Schottky-Barriere anwenden. Die Auswahl einer beliebigen Gleichrichtungsbarriere läßt sich darauf zurückführen, daß die Anwendung der Schottky-Barriere die Herstellungstechnologie des Solargenerators vereinfacht, während der pn-Übergang einen höheren Um-Wandlungswirkungsgrad sichert.

Die beschriebenen Verfahren ermöglichen die Herstellung eines Generators mit der Matrixschicht 2 aus Mikrominiaturelementen 12, deren Zusammenbau mechanisiert werden kann.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Solargenerator, der mindestens eine Solarzelle (!) aus einem Halbleitermaterial (6) des einen Leitungstyps aufweist, das mit einem Inversionsgebiet (7) eine Sperrschicht (8) bildet, und der mit optischen Mitteln versehen ist, um unter Ausnutzung des gerichteten bzw. isotropen Einfalls der nützlichen (4) bzw. der die Solarzelle (1) schädigenden Strahlung (15) zumindest teilweise die nützliche Strahlung (4) der aktiven Fläche (3) der Solarzelle (1) zuzuführen und die die Solarzelle schädigende Strahlung (15) zu absorbieren, dadurch gekennzeichnet, daß