DE2822694C2 - Solargenerator und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Solargenerator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie dessen Herstellung.

Es sind Solargeneratoren bekannt, die sich aus mehreren in Reihe geschalteten Fotowandlern zusammensetzen. Jeder Fotowandler ist in Form einer Plane aus einem Halbleitermaterial aufgebaut, das einen pn-Übergang aufweist. Hierbei trennt die pn-Spcrrsehicht bzw. pn-Ubergnngsschichi zwei Bereiche von entgegengesetztem l.eitungsivp.

Die Fotowandler sind miteinander mit Hilfe von metallischen Stromabnahmekontaklen verbunden, die an die Bereiche unterschiedlichen Leitungstyps angeschlossen sind. Die an die beleuchtete Oberfläche des Solargenerators angeschlossenen Stromabnahmekontakte sind in Form eines Kammes ausgeführt und nehmen ca. 10% der Oberfläche der Fotowandler ein. Die an den anderen Bereich angeschlossenen Stromabnahmekontakte sind in Form einer die gesamte Rückseite der Fotowandler bedeckenden Dünnschicht ausgeführt. Derartige Generatoren weisen nur eine fouvkiive

!0 Oberfläche auf. Infolge des großen Wertes des Ausbreitungswiderstandes für Ladungsträger verringern die Leistungsverluste am inneren Widerstand den Wirkungsgrad der Fotowandler bei Beleuchtung durch konzentrierte Sonnenstrahlung. Die Verrringerung des Ab-Standes zwischen den Stromabnahmekontakten und die Vergrößerung von deren Breite bewirkt andererseits eine Vergrößerung des Abschattungsgrades der beleuchteten Oberfläche des Solargenerators durch die Stromabnahmekontakte. Dadurch vermindert sich die fotoaktive Oberfläche des Generators wie auch die durch eine Flächeneinheit des Generators erzeugte Leistung sowie der Wirkungsgrad des Generators.

Derartige Generatoren sind herstellungstcchnisch kompliziert und bedürfen eines großen Arbcitsaufwandes für die Einzelfertigung von Zellen und deren Montage-

Einen höheren Wirkungsgrad weisen bei einer hohen Strahlungsdichte herstellungstechnisch einfachere Solargeneratoren (US-PS 34 22 527) auf, die aus einer Vielzahl von Fotowandlern mit je einem pn-Übergang zu einer monolithischen Struktur zusammengeschaltci sind. Die genannten Fotowandler weisen die Gestall von mikrominiaturisierten Parallelepipeden auf. die auf den gegenüberliegenden Seitenflächen mittels der Stromabnahmekontakte zu einer Einheit zusammengefaßt sind. Diese Seitenflächen sind unter einem Winkel zur fotoakliven Oberfläche des Generators geneigt, so daß die Stirnseiten der pn-Übergänge an die fotoaktive Oberfläche reichen.

Derartige Generatoren besitzen eine hohe Spannung pro Flächeneinheit der fotoaktiven Oberfläche und eine lineare Abhängigkeit des Stroms bei einer Beleuchtungsstärke im Bereich von 0 bis I Cr¹ W/cm². Da aber die fotoaktive Oberfläche eines solchen Generators in ihrer Fotoempfindlichkeit für die Einfallssirahlung stark inhomogen ist und die Fotoempfindlichkeit lediglich an den Stellen hoch genug ausfällt, wo der pn-Übergang an die Oberfläche tritt, weisen derartige Generatoren beträchtliche Leistungs/erluste durch die Obcrflächcnrckombination von Minoritätsladungsträgem und einen verhältnismäßig niedrigen Wirkungsgrad auf.

Ein Solargenerator mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs I angegebenen Merkmalen ist durch die US-PS 29 38 938 bekanntgeworden.

Zur Erhöhung des Wirkungsgrades von Solargcneratoren ist es gleichfalls bekannt, die Breite der fotoaktiven Oberfläche eines jeden Wandlers etwa gleich groll oder kleiner als die Diffusionslänge der Minoritatsladungsträger im Bereich des ersten Leitungstips zu ma-

bo chen (DE-OS 24 52 263. vgl. insbesondere Γι g. J und 4). Weiterhin ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Solargcnerators nach dem Oberbegriff des Paicnian-Spruchs 4 bekannt (vgl. die bereits genannte DIl-OS 24 52 263. S. 20.2. Abs. bis S. 22.3. Abs.).

h". Aus »IBM Technical Disclosure Bulletin·.. VoI IK. No. J, August 1475. S. 435. isi es bekanntgeworden, bei Solarzellen zur Verbesserung der Absorption cmc Oberflächen texturiert! ng vorzunehmen.

Ferner ist es bekannt, unter Verwendung von Bauelementen mit ähnlicher Form (Vielecke, Scheiben, Ringe) bei Solargeneratoren stufenförmige Strukturen zu realisieren (US-PS 33 69 939, DD-PS 84 237 und DE-PS 6 55 927).

Es wurde nun erkannt, daß der niedrigste Wert des Wirkungsgrades bei einer ungleichmäßigen Leistungsverteilung des Ober der Fläche des Solargenerators einfallenden Strahlungsstromes vorliegt, was besonders oft in der Energieverteilung im Fokus optischer Konzentratoren der Fall ist

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Solargenerator der durch die US-PS 29 38 938 bekannten Bauart so weiterzubilden, daß er bei inhomogenen Intensitätsverteilungen der einfallenden Strahlung, wie sie insbesondere im Fokus optischer Konzentratoren beobachtet wird, einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben.

Im Patentanspruch 4 ist ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Solargenerators angegeben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand konkreter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Solargenerator mit einer stufenartigen fotoaktiven Oberfläche in einem Querschnitt;

F i g. 2 den Generator von F i g. 1 in einer Draufsicht;

Fig.3 den gleichen Generator mit zusätzlichen Stromabnahmekontakten in einem Querschnitt;

Fig.4 einen Solargenerator mit einem Spiegelüberzug auf den Stufenkanten in einem Querschnitt;

F i g. 5 den Generator von F i g. 4 in einer Draufsicht;

F i g. 6 einen Solargenerator aus eine Form von ähnlichen Vielecken aufweisenden Fotowandlern in einer Draufsicht;

F i g. 7 einen Schnitt durch die Darstellung von F i g. 6 entlang der Schnittlinie XVII-XVII in F i g. 6;

Fig.8 einen Solargenerator mit Fotowandlern in Form ähnlicher Scheiben in isometrischer Darstellung;

Fig. 9 den Generator von F i g. 8 in einem Querschnitt;

Fig. 10 einen Solargerierator mit Fotowandlern in Form ähnlicher Ringe in einem Querschnitt;

Fig. 11 einen Solargenerator im Stadium der Herstellung einer Halblciterplatte;

Fig. 12 den gleichen Generator wie in F i g. 11 im Stadium der Verbindung der Halbleiterplatten zu einem Stapel;

Fig. 13 den gleichen Generator wie in Fig. 12 im Stadium einer Verschiebung der Fotowandler zur Bildung der Stufenstruktiir;

Fig. 14 den gleichen Generator wie in Fig. 13 im Stadium nach der Verschiebung der Fotowandler.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Solargenerator besteht aus zu einer monolithischen Struktur hintereinandergeschalteten Fotowandlern 1 die die Form geneigter Parallelepipede aufweisen. Jeder Fotowandler 1 im Generator weist einen pn-Übergang 2 zwischen einem Halblcitcrbereich 3 vom ersten Leitungstyp (im folgenden als »Basisbereich« bezeichnet) und einem Halbleiterbereich 4 vom emgegengesetzten Leitungstyp (im folgenden als »Inversionsbereich« bezeichnet) auf. Im Basisbereich 3 liegt ein isotypiger pp*- oder nn*-Übergang 5. Der pn-Übergang 2 und der isotypige Übergang 5 liegen in unmittelbarer Nähe einer fotoaktiven Oberfläche 6, auf die ein Strahlungsstrom 7 einfällt. Die fotoaktive Oberfläche 6 hat eine Stufenstruktur. Jeder Fotowandler 1 weist einen Stromabnahmekontakt 8 am Inversionsbereich 4 und einen Stromabnahmekontakt 9 am Basisbereich 3 auf.

Die Breite »a« der Grundfläche der Stufen 10 mit einem spitzen Winkel λ oder die »Stufentiefe« ist ungefähr gleich der oder weniger als die Diffusionslänge der Minoritätsiadungsträger im Basisbereich 3. Die Fläche jeder der Stufen 10 ist umgekehrt proportional zur Leistung des auf jeden Fotowandler 1 einfallenden Strahlungsstroms 7. So sind im Zentralteil des Generators, wo ein stärkerer Teil der Strahlung 7, wie dies in Fig. 1 gezeigt, ist einfällt, die Stufendeckflächen 10 wegen der unterschiedlichen Breite »a« kleiner gewählt als an den Rändern des Generators. Die Dicke »b« der Fotowandler 1 ist kleiner als die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger im Basisbereich 3. Die Länge »c« sämtlicher Fotowandler 1 ist gleich und oh.^:= wesentliche Bedeutung. Die Fotowandler ί sind auf den gegenüberliegenden Flächen mit Stromabnahmekontakten versehen und gegeneinander in den Kontaktebenen verschoben.

Der Generator arbeitet wie folgt: Der Strahlungsstrom 7 f 3.11t auf die stufenartige fotoaktive Oberfläche 6 des Generators ein, in deren unmittelbarer Nähe der pn-Übergang 2 oder der isotypige Übergang 5 liegt, was die Stromverluste durch die Oberflächenrekombination von durch Fotoanregung erzeugten Ladungsträgern auf ein Minimum bringt.

Eine zusätzliche Absorption der durch eine der Stehen der Stufen 10 reflektierten Strahlung 7 kann auf anstoßenden Seiten der benachbarten Stufen 10 erfolgen. Auf solche Weise werden die Verluste durch Reflexion der Strahlung 7 reduziert und die Fläche der fotoaktiven Oberfläche 6 des Generators vergrößert.

Die Leistungsänderung im Strahlungssystem 7 wird durch eine entsprechende Änderung der fotoainiven

Oberfläche 6 auf dem Wege einer Änderung in den genannten Grenzen der Breite »a« der Stufendeckflächeif 10 (d. h. ihres Flächeninhalts) ausgeglichen, so daß der Wert des durch jeden Fotowandler 1 erzeugten Strom über den gesamten Generator gieich ist.

Die Leistungsverluste am Reihenwiderstand werden auf ein Minimum herabgesetzt, wenn die Breite »a«der Stufendeckflächen 10 ungefähr gleich der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger im Basisbereich 3 gewählt ist, denn in diesem Fall werden nahezu alle durch die Strahlung 7 erzeugten Minoritätsladungsträger durch einen unter einem durchgehenden Stromabnahmekontakt 8 zum Inversionsbereich 4 befindlichen Bereich des pn-Übergangeo 2 gesammelt. Die Stromabnahm, kentakte 8, 9 sind aus einem elektrisch stark leitenden Metall hergestellt und weisen einen vernachlässigbar kleinen Widtrstandswert auf. Der Reihenwiderstandswert des Generators kann Tausendstel Ω · cm² betragen; deshalb kann ein Generator mit hohem Wirkungsgrad bei Beleuchtung durch konzentrische Sonnenstrahlung beispielsweise in der Fokalebene eines Linienparaboloides arbeiten.

Der Generator weist einen hohen Wirkungsg/ad sowohl bei Beleuchtung seitens des pn-Überganges 2 als auch bei Beleuchtung seitens des isotypigen Überganges5auf.

Die typischsten Abmessungen eines Siliziumgenerators sind folgende: Dicke »b« der Fotowandler: 0,2 bis 0.5 mm. Breite »a« der Grundfläche der Stufen: 0,2 bis

1 mm, Länge »c« der Fotowandler: 5 bis 50 mm. Die Einlagerungstiefe des pn-Überganges 2 und des isotypigen Überganges 5 bezüglich der fotoaktiven Oberfläche 6 beträgt 0,1 bis 0,5 μπι. Die Anzahl der Fotowandler pro 1 cm^! Fläche des Generators macht 10 bis 30 Stück und die Spannungsdichte 5 bis 15 V/cm aus. Die Stärke der Stromabnahmekontakte beträgt 5 bis 10 μπι.

Die Ausführung des Generators gemäß F i g. 1 gestattet es, die fotoaktive Oberfläche 6 der in Reihe liegenden Fotowandler 1 zu vergrößern, die Fläche der fotoaktiven Oberfläche 6 an die Leistungsverteilung im Strahlungsstrom anzupassen, die Leistungsverluste bei der Umwandlung inhomogener Strahlungsströme zu senken und den Wirkungsgrad des Generators bei hohen Konzentrationen des Strahlungsstroms zu steigern.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante eines Solargenerators weist jeder Fotowandler 1 außer einem Haupt-Stromabnahmekontakt 8 am Inversionsbereich 4 aucn noch gincn zusätzlichen, τηΛ dem Haupt-Strcrrisbnahmekontakt 8 elektrisch verbundenen und am Umfang jeder Stufe 10 angeordneten Stromabnahmekontakt 11 auf. Die vom Stroinabnahmekontakt 11 freie Fläche der Stufen 10 macht die fotoaktive Oberfläche 6 der Fotowandler 1 aus, auf die der Strahlungsstrom 7 über einen Lichtleiter 12 einfällt. Der Lichtleiter 12 besteht aus einem Satz lichtleitender Elemente 13 in Form von Glasstreifen, deren Kern im Vergleich zur Oberfläche einen höheren Brechungsindex aufweist und die in der Nähe der Aufnahmefläche 14 aneinander angedrückt sind und in Rk htung der fotoaktiven Oberfläche 6 des Generators divergieren.

Die Stirnseiten der lichtleitenden Elemente 13 liegen an den fotoaktiven Oberflächen 6 der Fotowandler 1 an und stimmen in ihren Abmessungen mit diesen Oberflächen überein. Die Stromabnahmekontakte 9 an den Basisbereichen 3 sind in Form einer längs des isotypigen Uber£sr:££S 5 y*»i*iaiifi»nH<»n HnrrhophpnHpn .Schicht ausgeführt.

Diese Variante des Generators arbeitet in Analogie zu dem in F i g. 1 und 2 dargestellten. In diesem Fall werden aber eine Erhöhung der Ausnutzung der fotoaktiven Oberfläche 6 und eine Vergrößerung des Wirkungsgrades des Generators dadurch erreicht, daß infolge der Übertragung des Strahlungsstroms 7 zur foloaktiven Oberfläche 6 über den Lichtleiter 12 und eines geringen Abstandes zwischen den Stromabnahmekontakten 8,11 und der fotoaktiven Oberfläche 6 eine nahezu vollständige Sammlung der erzeugten Ladungsträger durch den pn-übergang erfolgt und der Ausbreitungswiderstand im Basis- und im Inversionsbereich 3 bzw. 4 auf ein Minimum herabgesetzt wird.

Die lichtleitenden Elemente 13 weisen zur Übertragung leistungsgleicher Anteile des Strahlungsstroms auf die fotoaktiven Oberflächen 6 bei einem ungleichmäßigen Strahlungsstrom 7 eine unterschiedliche Dicke auf.

In F i g. 4 und 5 ist ein Generator wiedergegeben, der aus in Form geneigter Parallelepipede mit spitzwinkligen Stufen 10' und einem spitzen Winkel λ ausgeführten Fotowandiern 1 zusammengesetzt ist Die Fotowandler 1 enthalten von einer Seite einen pn-übergang 2 und von der anderen Seite einen isotypigen Übergang 5. Die Kanten 19 der Stufen 10' weisen eine spiegelnde Beschichtung 20, beispielsweise aus Aluminium, auf.

Die Breite »a'« der von der Beschichtung 20 freien fotoaktiven Oberfläche 6 der Stufen 10' unterschreitet die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger im Basisbereich 3. Zweckmäßig wird der Winkel λ nicht über 30° gewählt Der Strahlungsstrom 7 wird, indem er auf die spiegelnde Beschichtung 20 einfällt, auf die fotoakti ven Oberflächen der benachbarten Stufen 10' reflektiert. Der Rcflexionskoe'ffizient beträgt 40 bis 95% in Abhängigkeit vom Einfallswinkel der Strahlung 7. Bei Rcllexion erfolgt eine vorwiegende Absorption des Str.ihlungsstroms 7 in den an den Stromabnahmekontakten 8 und 9 anliegenden Gebieten. Infolgedessen nehmen die Leistungsvcrluste am Ausbreitungswiderstand ab und es steigt die Wahrscheinlichkeit der Sammlun.j der Minoritätsladur gsträger am pn-Übei gang 2 an, dessen Entfernung unterhalb der Diffusionslänge der Miiioritätsladungsträger im Basisbereich 3 liegt.

Ejne derartige Ausführung d«:s Generators gestattet es, ,gegenüber dem Generator von F i g. 1 und 2 die Reis flexionsverlusie bei Beleuchtung; des Generators durch einen isotropen Strahlungsstrom 7 zu verringern und den Wirkungsgrad. insbesondere bei hoher Intensität des Strahlungsstroms, zu vergrößern.

I» in Pi α ft ιιηΗ 7 dargestellte Variante des Generaton; besteht aus Fotowandiern 1. die in Form von ähnlichen Figuren, Vielecken — im gegebenen Fall von mit abnehmender Größe hintereinander angeordneten, eine Stüifcnstruktiir der fotoiiktivcn Oberflüche 6 bildenden gleichschenkligen Trapezen — ausgeführt sind.

Der Generator ist aus sechs um einen gemeinsamen Mittelpunkt symmetrisch angeordneten Sektionen 21 zusammengesetzt, die je aus hintereinandergeschalteten Fotov:ndlern 1 bestehen. Die Sektionen 21 sind miteinander durch Isolierschichten 22 verbunden.

Die fotoaktive Oberfläche 6 der Fotowandler 1 nimmt wegen der Vergrößerung der Länge der Stufen 10 mit der Entfernung vom Mittelpunkt des Generators allmählich zu.

Dies erlaubt es, die Leistungsverluste bei Beleuchtung deü Generators durch einen Strahlungsstrom 7 mit einem Kreisquerschnitt und einem Maximum der Konzentration der Strahlungsenergie in der Nähe des Mittelpunktes zu verringern.
In F i g. 8 und 9 ist ein Generator dargestellt, der sich au:! Fotowandlern I zusammensetzt, die die Form ähnlicher Scheiben aufweisen. Die fotoaktive Oberfläche 6 ist in diesem Fall durch Ringstufen 10 gebildet. Die Fläche einer jeden Stufe 10 stimmt mit dem Wert der ihr zukommender. Konzentration des einen Krcisquerschnitt aufweisenden Strahlungsstroms 7 überein.

Derartige Ausführungen des Generators gestatten es, den Ausbreitungswidersitand zu verringern und den Bereich der Beleuchtungsstärke zu vergrößern, in dem die lineare Abhängigkeit des Stroms und der Leistung von

so de:r Intensität des Strahliingsstroms 7 bestehen bleibt.

In F i g. 10 ist ein Generator dargestellt, der aus »otowiindlem 1 besteht die die Form ähnlicher Ringe aufweisen und mit abnehmendem Innendurchmesser angeordnet sind. Die fotoaktive Oberfläche 6 stellt in diesem Fall einen stufenartigen Hohlraum dar. Zuunterst im Generator liegt ein scheibenförmiger Fotowandler 1.

Ein derartiger Generator besitzt im Unterschied zum Generator gemäß F i g. 8 und 9 einen hohen Wirkungsgrad bei Beleuchtung durch einen Strahlungsstrom mit einem Kreisquerschnitt, weil die fotoaktive Oberfläche 6 durch die Stromabn;ihmekontakte 8, 9 nicht abgeschattet wird und die Geometrie der Stufen 10 für eine vollständige Sammlung der erzeugten Ladungsträger und für niedrige Leislungsverluste am Reihenwiderstand des Generators sorgt

Bei den meisten erfindungsgemäßen Generatortypen nehmen die Stromabnahmekontakte nicht über 1 % der fc'toaktiven Oberfläche ein. Mit Zunahme der Anzahl

der Fotowandler in einer Volumeneinheit des Generators nehmen die Größe der Stufen und der Wert des Reihenwiderstandes ab, es steigt der Kollektorwirkungsgrad für die erzeugten Ladungsträger an, es fällt der Reflexionskoeffizient ab, es nehmen die Strahlenfestigkeil des Generators und der Bereich der Strahlungsstärkc zu, in dem die lineare Abhängigkeit des Stroms und der Leistung von der Beleuchtungsstärke erhalten bleibt.

Der in Fig. 1 und 2 gezeigte Generator weist eine zweiseitige Foioempfindlichkeit mit einem ungefähr gleichen Wirkungsgrad auf und kann als Bestandteil von beidseitig beleuchteten Hochspannungs-Sonnenbattericn eingesetzt werden.

Die in F- i g. 6. 7. 8. 9 und IO gezeigten Generatoren konzentrischer Form weisen einen hohen Wirkungsgrad bei Verwendung in Gestalt von Rotationskörpern ausgeführter optischer Konzentratoren auf und können in Orientierungssystemen als Koordinaten-Fühlelement dienen.

In F i g. 11, 12, 13 und 14 sind aufeinanderfolgend die Haupt-Fertigungsstufen für einen fotoelektrischen Halbleitergenerator des in F i g. 1 und 2 gezeigten Typs wiedergegeben.

Das Verfahren schließt folgende Stufen ein:

Metallisierte Ausgangs-Haibleiterplatten 23 (F i g. 11) mit einem längs einer der Seiten der Platten 23 verlaufenden pn-übergang werden zu einer in Fig. 12 dargestellten Säule aufeinander gestapelt. Die Platten 23 werden in der Säule hintereinander mit Hilfe der Stromabnahmekontakte 8, 9 zu einer monolithischen Struktur durch Weichlöten unter gleichzeitiger Zusammendrükkung der Säule zur Entfernung des überflüssigen Lötmctalls zusammengeschaltet.

Anschließend wird die Säule in unter einem Winkel zur F.bcne der Platten 23 gerichteten Ebenen 24 in einzelne Matrizen geschnitten.

im weiteren werden die Matrizen in ein durch eine Flüssigkeit mit hoher Siedetemperatur gefülltes Bad 25 (Fig. 13) getaucht und mit Hilfe eines Heizkörpers 26 auf die Schmelztemperatur für das Lötmetall erhitzt, worauf eint Kraft in einer in Fig. 13 durch Pfeile 27 angedeuteten Richtung angelegt wird. Infolgedessen werden die Halbieiterpiattenabschnitte auf den Lötmetallschichten entsprechend dem Profil eines auf dem Boden des Bades 25 befestigten stufenartigen Anschlages 28 gegeneinander verschoben.

Nach dem Erstarren ergibt sich eine in F i g. 14 dargestellte Matrixstruktur, die sich aus gegeneinander in den Kontaktebenen 17 verschobenen und auf der Oberfläche 10 eine Metallschicht 29 aufweisenden Fotowandlern 1 zusammensetzt.

Die Herstellung des Generators endet mit einem chemischen Ätzen der Metallschicht 29, in dessen Verlauf eine Feinreinigung der Oberfläche des Halbleiters erfolgt, und dem Auftragen einer Vergütungsschicht auf die Oberfläche der Stufen 10.

Ein derartiges Herstellungsverfahren für einen Generator mit Stufenstraktur der fotoaktiven Oberfläche gestattet es, im gleichen Gang eine Vielzahl von den Generator zusammensetzenden Fotowandlern gleichzeitig zu behandeln und den Aufwand an manueller Arbeit auf ein Minimum zu senken, was die Herstellungstechnoiogie für die Generatoren wensentlich vereinfacht und die Arbeitsproduktivität erhöht.

Das Verfahren gestattet es. Generatoren mit einer Stufenstniktur der fotoaktiven Oberfläche auf einer, zwei, drei oder vier Seiten des Generators zu erzeugen, wobei eine soche Stufenform gewählt wird, die einen maximalen Wirkungsgrad sicherstellt.

Zum besseren Verständnis des Wesens des vorliegenden Verfahrens soll nachstehend die Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels angeführt werden.

Es ist ein Generator von dem in F i g. 1 und 2 gezeigten Typ hergestellt worden.

Siliziumplatten mit einer anfänglichen Leitfähigkeit vom p-Typ wurden zwecks Entfernung einer gestörten

ίο Schicht von der Oberfläche einem chemisch-mechanischen Polieren ausgesetzt, dann wurde durch Einführung von Akzeptor- und Donatorstörstellen auf gegenüberliegenden Plattenseiten mit Hilfe einer gleichzeitigen Diffusion über eine Tiefe von 0.1 bis 0.5 μίτι eine

!5 Diodenstruktur erzeugt. Nach der Dotierung wurden die Platten auf dem Wege einer Vakuumbedampfung beidseitig mit einer durchgehenden Schicht metallisiert. Die auf beiden Seiten mit Metall bedeckten Siliziumplatten wurden untereinander über ihre gesamte Ebene durch Weichlöten zu einer Säule unter gleichzeitiger Zusammendrückung der Säule zur Entfernung des überflüssigen Lötmittels verlötet. Dann wurde die Säule unter einem Winkel zu den Ebenen der pn-Übergänge in Matrizen geschnitten.

Die erhaltenen Matrizen wurden in einem Bad auf die Schmelztemperatur für das Lötmetall erhitzt, wonach die Matrixelemente (Fotowandler) auf der Lötmetallschicht mit einer der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger im Basisbereich gleichen Stufenbreite »a« bis zur Bildung einer Stufenstmktur gemäß Fig. 1, 2 gegeneinander verschoben wurden.

Danach wurde die Stufenstmktur zum Abtragen der gestörten Schicht von der Halbleiteroberfläche und zum Entfernen der Metallkontakte von den Stufenflächen einer chemischen Ätzung unterzogen, wobei die Nebenschlüsse beseitigt und die Fotoaktivität der beleuchteten Fläche erhöht wurde. An die äußeren Stromabnahmekontakte S,9 werden Stromabführungen angelötet.

Ein derartiger Generator wies einen Wirkungsgrad von ca. 10% bei einer Lichtstromleistung von über 100 W/cm² au f.

Zur Erzeugung eines Solargenerators gemäß Fig.3 werden die gleichen Arbeitsgänge wie oben beschrie· ben ausgeführt, nur daß die Metallkontakte vor dem chemischen Ätzen am Umfang der Stufen 10 mit einer gegen das Ätzen chemisch beständigen Schutzschicht bedeckt und dadurch die zusätzlichen Stromabnahmekontakte 11 erhalten werden.

so Der Lichtleiter 12 wird aus dünnen Glasstreifen — lichtleitenden Elementen 13 — hergestellt, die mit einer Stirnseite an die fotoaktive Oberfläche 6 angeklebt und an ihren gegenüberliegenden Stirnseiten für die Bildung der Aufnahmefläche 14 zu einem Paket geschachtelt werden. Durch eine chemische Behandlung wird dem Glas in der oberflächennahen Schicht eine niedrigere Brechungszahl verliehen.

Zur Herstellung eines Generators gemäß F i g. 4 und 5 werden die Arbeitsgänge wie bei der Herstellung des Generators gemäß F i g. 1 und 2 durchgeführt, nur daß die Säule in Matrizen unter einem spitzeren Winkel zur Ebene der pn-Übergänge 2 geschnitten, die Schnittfläche poliert und auf die Stufenkanten abschließend durch Vakuumbedampfung unter einem Winkel ein ca.

0,05 μηι dicker Spiegelüberzug aus Aluminium aufgetragen wird.

Zur Fertigung eines Generators gemäß F ι g. 6 und 7 werden die Operationen wie bei der Herstellung des

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Generators gemäß F i g. 1 und 2 durchgeführt, wobei durch Ritzen sechs trapezförmige Sektionen ausgeschnitten werden. Dann werden die Sektionen mittels einer Isolierschicht 22 zu einem die Form eines Sechsecks aufweisenden Generators verbunden.

Zur Herstellung eines Generators gemäß F i g. 8 und 9 aus Siliziumplatten mit einer Diodenstruktur und einer metallisierten Oberfläche werden Scheiben mit einem allmählich abnehmenden Durchmesser ausgeschnitten und diese Scheiben gleichachsig aufeinanderfolgend mit Hilfe einer Lötung zu einer Säule unter Zusammenpres-

^; \^] sen und Entfernung des überflüssigen Lötmetalls verbunden. Die Stromabnahmekontakte an den Randschei-

;.; ben werden mit einer chemisch beständigen Schicht

überzogen und die Metallkontakte von der Oberfläche

^j der Stufen 10 durch chemisches Ätzen abgetragen.

ν Zur Herstellung eines Generators gemäß Fig. 10

'·;.' werden aus Siliziumplatten mit einer Diodenstruktur

ij und einer metallisierten Oberfläche Ringe verschiede- |

■^!, nen Durchmessers und eine Scheibe ausgeschnitten, de- 20 I

Ϊ; ren Durchmesser größer als die Durchmesser der Ringe |

■y ist Auf der Scheibe werden die Ringe gleichachsig mit

ν abnehmendem Innendurchmesser durch Löten zu einer

■'·■, Säule verbunden, das überflüssige Lötmetall wird durch

t| Auspressen entfernt. Mit einem chemisch beständigen

'2· Lack werden die Stromabnahmekontakte an den äußeren Fotowandlern bedeckt und die Metallkontakte von der Oberfläche der Stufen 10 sowie vom Zentralteil des scheibenförmigen Fotowandlers durch chemisches Ätzen entfernt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Solargenerator mit einer Vielzahl von je einen pn-Übergang zwischen einem Hslbleiterbereich vom ersten Leitungstyp und einem Halbleiterbereich vom entgegengesetzten Leitungstyp aufweisenden Fotowandlern,

die mittels auf gegenüberliegenden Rächen jedes Fotowandlers angebrachten Stromabnahmekontakten so zu einer monolithischen Anordnung in Reihe geschaltet sind, daß die fotoaktive Oberfläche des Solargenerators eine Stufenstruktur besitzt dadurch gekennzeichnet,
daß die Tiefe (a) jeder Stufe kleiner oder gleich der Dnfusionslänge der Minoritätsladungsträger im Bereich des ersten Leitungstyps (3) ist und daß bei inhomogener Intensitätsverteilung der einfallenden Strahlung (7) die Stufendeckflächen (10 : F = a · c in Fig.2) umgekehrt proportional zu der auf sie einfallenden Intensität der Strahlung sind.

2. Solargenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang jeder Stufendeckfläche (10) ein zusätzlicher Stromabnahmekontakt (11) angebracht ist (F i g. 3).

3. Solargenerator nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die der einfallvnden Strahlung (7) zugewandten Vorderkanten (19) der Stufen (10') mit einer spiegelnden Beschichtung (20) versehen sind (F ig. 4).

4. Verfahren zur Herstellung eines Solargenerators nach Anspruch 1,

bei dem von Halbleiter^latten ausgegangen wird, die zwischen einem Bereich vom ersten Leitungstyp und einem Bereich vom entgegengesetzten Leitungstyp einen pn-Übergang aufweisen und auf gegenüberliegenden Flächen vollständig metallisiert sind,

bei dem mehrere dieser metallisierten Halbleiterplatten aufeinander gestapelt und unter Druck miteinander verlötet werden und
bei dem aus dem so gebildeten Stapel durch Schnitte in Ebenen, die unter einem Winkel zu den Metallisierungsflächen verlaufen, monolithische Anordnungen herausgeschnitten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die herausgeschnittenen monolithischen Anordnungen bis zur Schmelztemperatur des Lötmetalls erhitzt und die einzelnen miteinander verbundenen Halbleiterplattenabschnitte zur Bildung der Stufenstruktur gegeneinander verschoben werden und
daß von den Stufendeckflächen (10) die Metallisierung (29) durch Ätzen entfernt wird.