EP1842241A1 - Monolithische mehrfach-solarzelle - Google Patents

Monolithische mehrfach-solarzelle

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EP1842241A1
EP1842241A1 EP05847317A EP05847317A EP1842241A1 EP 1842241 A1 EP1842241 A1 EP 1842241A1 EP 05847317 A EP05847317 A EP 05847317A EP 05847317 A EP05847317 A EP 05847317A EP 1842241 A1 EP1842241 A1 EP 1842241A1
Authority
EP
European Patent Office
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solar cell
multiple solar
semiconductor mirror
cell according
layers
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05847317A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Meusel
Gerhard Strobl
Frank Dimroth
Andreas Bett
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Azur Space Solar Power GmbH
Original Assignee
Azur Space Solar Power GmbH
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Filing date
Publication date
Family has litigation
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Application filed by Azur Space Solar Power GmbH filed Critical Azur Space Solar Power GmbH
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Priority to EP10182110.6A priority patent/EP2264788B1/de
Priority to EP15001551.9A priority patent/EP2927967B1/de
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials

Definitions

  • the invention relates to a monolithic multiple solar cell of elements of III. and V. Main group of the periodic table with integrated semiconductor mirror.
  • a corresponding double solar cell - also called tandem solar cell - is from the reference "Prague. Photovolt: Res. Appl. 2001; 9: 165-178, F. Dimroth et al .: Metamorphic Ga y In 1-y P / Gai_ x In x As Tandem Solar Cells for Space and for Terrestrial Con- centrator Applications at C> 1000 Suns " A Bragg mirror is applied epitaxially to a GaAs substrate on which in turn epitaxially deposits the dual-photovoltaic cell GalnP / GalnAs, which has an n on p polarity.
  • Lattice-matched 3x solar cells from Gao. 5 Ino.5P / Gao. 99 InQ.oiAs / Ge are market leaders in space solar cells. Best cells achieve 30-31% efficiency under the space sun AMO spectrum. Up to now, the maximum average efficiency achieved in production has been at least 28.3%. A decisive factor is the radiation hardness of the cells. After a typical irradiation with 1x10 15 cm "2 IMeV electrons, the efficiency of these cells degrades to 24.3%, which corresponds to a residual factor of 86%.
  • the present invention is based on the object, a monolithic multiple solar cell of the type mentioned in such a way to improve the radiation stability, so that the end-of-life (EOL) efficiency is increased.
  • EOL end-of-life
  • the current generation of the individual sub-cells should not be significantly impaired.
  • the effort involved in the manufacture of the solar cell should not be noticeably influenced.
  • the object is essentially achieved in that the multiple solar cell comprises at least three sub-cells, that the semiconductor mirror is arranged between two sub-cells and has several layers with at least divergent refractive index and that the semiconductor mirror has a high reflectance in at least part of the absorption region Having disposed above the semiconductor mirror sub-cell or sub-cells and a high degree of transmittance for radiation in the spectral absorption range of arranged below the semiconductor mirror sub-cell or sub-cells.
  • reflectance R the wavelength-dependent reflection is called averaged over a specific spectral range here.
  • this spectral range comprises the entire spectral absorption range of the subcell located above the semiconductor mirror.
  • transmittance T the wavelength-dependent transmission, averaged over the spectral absorption range of the subcell or subcells below the semiconductor mirror, is referred to here.
  • an optical mirror in the form of a monolithically integrated semiconductor mirror for multiple solar cells or comprising compound semiconductors of the III and V groups of the periodic table wherein the multiple solar cell comprises three or more subcells.
  • the semiconductor mirror is installed under the n-th solar cell of the multiple solar cell by a suitable Epitaxieclar.
  • Suitable epitaxial methods are, for example, MOVPE (Metal-Organic-Vapor-Phase Epitaxy) or MBE (Molecular Beam Epitaxy) or VPE (Vapor Phase Epitaxy), to name only a few methods.
  • the semiconductor mirror consists of several thin semiconductor layers with different refractive index.
  • the thickness of the n-th subcell can be halved without greatly reducing the absorption in the subcell.
  • the layers are selected so that the semiconductor mirror has a high transmission in another part of the spectrum. This ensures that the current generation in the (m + l) -th subcell, ie those below the semicon- Mirror mirror runs as well as the other below the semiconductor mirror lying sub-cells is not reduced beyond a critical level.
  • the incorporation of a corresponding semiconductor mirror is of particular advantage in particular when one of the sub-cells of the multiple solar cell consists of material with a low diffusion length, or if the diffusion length in one of the sub-cells deteriorates significantly during use.
  • the thickness of the n-th subcell can be halved without greatly reducing the absorption in this subcell.
  • the combination of introducing a semiconductor mirror and simultaneously reducing the cell thickness has a positive effect on the current generation.
  • a more favorable generation profile results over the depth of the active layers of the subcell. It is particularly significant that the lower cell thickness greatly reduces the mean distance of the generated minority charge carriers from the space charge zone. This leads to an increased probability that the minority carriers strike the space charge zone during diffusion and thus contribute to the current generation. The recombination is thus reduced.
  • Gao.shio. 5 P / Gao. 99 Ino. 0 iAs / Ge 3-fold solar cell which has become the most widely used solar cell on satellites in recent years.
  • the solar cells are exposed to a spectrum of high-energy particles, such as electrons and protons with energies in the MeV range. This radiation can lead to a degradation of the solar cell, in particular to increased recombination and thus to a small diffusion length in the semiconductor material.
  • the GaInP upper cell and the Ge lower cell are relatively insensitive to space radiation, the Gao shows. 99 hio.o1As middle cell a strong degradation.
  • the diffusion length in Gao decreases 99 hio 01 As so strongly that only a fraction of the generated minority carriers reach the space charge zone
  • the degradation of the middle cell thus determines the degradation of the 3-fold solar cell due to the inventive insertion of the semiconductor mirror between the middle and lower cell and At the same time halving the thickness of the middle cell, this degradation can be significantly reduced.
  • the layers of the semiconductor mirror are in this case chosen so that a high reflection in the spectral range of higher energies than the band gap of Gao. 99 hi 0 .oi As of approx. 1.4 eV is achieved. At the same time, a sufficient transmission for smaller energies must be achieved so that sufficient power is still generated in the Ge subcell.
  • the Ge sub-cell In the case of Gao.sIno. 5 P / Gao. 9 9Ino.01As / Ge 3-fold solar cell, the Ge sub-cell generates an excess of current (about 30 mA / cm 2 compared to the upper sub-cells with about 17 mA / cm 2 ), which makes the requirements of the transparency of the semiconductor mirror for smaller energies are not quite as high.
  • the semiconductor mirror can also be used for lattice-matched and lattice-mismatched 5-fold solar cells, which are currently also being developed for space applications.
  • AlGalriP / GamP / AlGalnAs / GalnAs / Ge is z.
  • Gao. 5 hio. 5 P / Gao. 99 Ino. 01 As / Ge 3-fold solar cells can be added to Gao by adding another subcell of a material with an energy band gap of about IeV. 5 Ino. 5 P / Gao. 99 Ino. 01 As / 1 eV material / Ge 4-fold Expand solar cells.
  • GaInNAs can be z. B. realize an energy band gap of 1 eV with simultaneous lattice matching to Ge substrate.
  • this material has so far very low diffusion lengths, which is why no better results were achieved with 4-fold solar cells than with 3-fold solar cells.
  • the incorporation according to the invention of a semiconductor mirror under the GaInNAs subcell with simultaneous adaptation of the cell thickness can also be used successfully in this case.
  • the layers of the semiconductor mirror are chosen so that a high reflection for energies greater than 1 eV and at the same time a high transmission for energies less than 1 eV is achieved.
  • the requirements for the transparency of the semiconductor mirror for smaller energies are very high here, since the Ge subcell does not have an excess of generation.
  • Such a 4-fold solar cell is not only suitable for use in space, but also for use in terrestrial concentrator systems.
  • 6-fold solar cells are known for space applications. These are obtained z.
  • Example from the extension of an AlGalnP / GalnP / AlGalnAs / GalnAs / Ge 5-fold solar cell with another subcell of a material with an energy band gap of about 1.0-1.1 eV.
  • One possible combination of materials is thus AlGalnP / GalnP / AlGalnAs / GalnAs / GalnNAs / Ge.
  • the incorporation of one or even two semiconductor mirrors takes place.
  • a Ge substrate which is activated during the epitaxy and forms the Ge subcell
  • the teaching according to the invention can also be used for solar cells, in which the epitaxy is applied to a silicon or Si / Ge cell. Substrate takes place. Regardless of this, a development of the invention provides that the layer of the semiconductor mirror preceding the subsequent subcell has a lattice structure which is matched to that of the subcell.
  • the layers of the semiconductor mirror consist of compound semiconductors of the III. and V. Main Group of the Periodic Table or contain these.
  • the compound semiconductors may be doped with Si, Te, Zn, C, Mg and / or Se.
  • the layers may consist of or include compound semiconductor material such as AlGalnAs material and / or AlGalnP material, AlGaLiAs including GaAs, InAs AlAs, GaInAs AlGaAs, AlInAs and / or AlGaInP including GaP, InP AIP, GaInP or AlInP.
  • compound semiconductor material such as AlGalnAs material and / or AlGalnP material, AlGaLiAs including GaAs, InAs AlAs, GaInAs AlGaAs, AlInAs and / or AlGaInP including GaP, InP AIP, GaInP or AlInP.
  • the invention teaches that in n-layers of the semiconductor mirror at least two layers have a different refractive index and / or at least two layers have a different material composition and / or at least two layers have different thicknesses.
  • three or more layers may have a different material composition or different refractive indices or different thicknesses.
  • the invention provides that one or more semiconductor mirrors are incorporated in a GaInP / GalnAs / GalnNAs / Ge quadruple solar cell, wherein a semiconductor mirror is arranged in particular between the GaInNAs and the Ge subcell.
  • An incorporation of a semiconductor mirror is also possible in a five-fold solar cell, which consists for example of the sub-cells AlGahiP / GalnP / AlGalnAs / GalnAs / Ge, wherein the semiconductor mirror should be arranged between the GaInAs and the Ge subcell.
  • the solar cell should consist of the sub-cells AlGaInP / GalnP / AlGalnAs / GalnAs / GalnNAs / Ge.
  • a particularly good EOL efficiency can be generated when the semiconductor mirror has a high half-value width.
  • Optimal would be a half-width (HWB), which includes the entire absorption range of the overlying subcell. However, this would mean that restrictions in the degree of reflection would have to be accepted or a high material consumption would be necessary.
  • the half-width should be between 50 nm and 300 nm, in particular between 80 nm and 150 nm.
  • a special case of the semiconductor mirror according to the invention is the Bragg reflector.
  • This usually consists of a periodic superlattice of 2 materials with different refractive indices.
  • the thickness of the respective layers of a material is constant. As a result, depending on the number of superlattice periods reflections up to close to 100% can be achieved.
  • the Bragg mirrors are used, for example, in surface emitting lasers.
  • the semiconductor mirror according to the invention having the function of an optical mirror with respect to the subcells arranged above it represents an exceedingly good reflector and, with respect to the subcell arranged below the semiconductor mirror, a longpass filter.
  • one of the sub-cells is a multiple solar cell made of a material having a low diffusion length or if the diffusion length in one of the sub-cells deteriorates significantly during use.
  • the semiconductor mirror By using the semiconductor mirror, the thickness of the n-th subcell can be halved without significantly reducing the absorption in the subcell.
  • the combination of incorporation of a semiconductor mirror and simultaneous reduction in cell thickness has a positive effect on current generation.
  • a more favorable regeneration profile results over the depth of the active layers of the subcell; on the other hand, due to the smaller cell thickness, the average distance between the generated minority charge carriers and the space charge zone is greatly reduced.
  • the overall thickness of the multiple solar cell structure can be reduced.
  • Corresponding improvements in radiation stability arise in the case of Gao. 99 hio. 01 As- or lattice-mismatched GalnAs sub-cells in multiple solar cells with three or more sub-cells.
  • the teaching of the invention can make a decisive contribution by incorporating a semiconductor mirror.
  • the semiconductor mirror is characterized by suitable materials, whereby a lattice matching to the arranged on the semiconductor mirror subcell takes place. At least two materials with a high difference in the refractive index are used to achieve a high reflection. Materials with an equal or larger band gap than the overlying subcell are used so that absorption for smaller energies does not occur.
  • the thickness of the partial cell applied to the semiconductor mirror can be reduced, in particular halved.
  • the semiconductor mirror For the formation of the semiconductor mirror, conventional epitaxy methods are used which permit the deposition of numerous layers of different materials. By way of example, MOVPE, MBE, VPE etc. should be mentioned. In the process, the semiconductor mirror is deposited during the epitaxy of the solar cell structure.
  • FIG. 1 shows a schematic structure of a multiple solar cell with integrated semiconductor mirror
  • FIG. 1 shows a schematic structure of a multiple solar cell 10 with a semiconductor mirror installed according to the invention.
  • the solar cell 10 consists of m-subcells 12, 14, 16, 18 which have been applied epitaxially to a substrate 20. Between the (n) -th cell 16 with m> n and the (n + l) -th cell 18, a semiconductor mirror 22 is incorporated, which was also deposited during the epitaxial growth of the solar cell structure.
  • Suitable epitaxial methods are those which are suitable for the deposition of numerous layers of different materials.
  • MOVPE, MBE (Molecular Beam Epitaxy) or VPE (Vapor Phase Epitaxy) should be mentioned, without this resulting in a limitation of the teaching according to the invention.
  • the multiple solar cell 10 is a 3-fold solar cell, with the top cell made of Gao. 5 Ino. 5 P, the middle cell from Gao. 99 hio.o 1 As and the subcell consist of Ge.
  • the multilayer semiconductor mirror 22 is particularly between the subcell of Ge and the center cell Gao. 99 hio.oiAs built-in.
  • the layer structure is such that at least two layers consist of different materials, differing thicknesses and different refractive index.
  • the uppermost layer of the semiconductor mirror 22 may consist of GaInP and at the same time the back surface field for the overlying center cell Gao. 99 Ino. 01 ace GaInP is used as a material because it has very good properties as backside passivation. tion has.
  • the remaining layers of the semiconductor mirror 22 consist in the exemplary embodiment of three different materials: Ga 0 . 99 In0.01As, AIo- 2 Ga O-8 As and Alo.sGao. 2 ace. This is an essential difference to the classic Bragg reflector, which consists of only two different materials. In addition, the most varied layer thicknesses are used in the example, while in the classic Bragg reflector all layers of a material have the same thickness.
  • FIG. 3 shows the calculated reflection of the semiconductor mirror at the interface to the overlying Gao. 99 Ino. 01 As part cell shown. For wavelengths between 800 nm and 900 nm, a high reflection is achieved. For wavelengths greater than 900 nm, however, the reflection is low. This is an important property of the semiconductor mirror to ensure that the current generation in the Ge sub cell is not significantly reduced by the semiconductor mirror 22.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine monolithische Mehrfach-Solarzelle (10) mit zumindest drei Teilzellen (12, 14, 16, 18), wobei ein Halbleiterspiegel (22) zwischen zwei Teilzellen (16, 18) angeordnet ist. Um die Strahlungsstabilität der Solarzelle zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass der Halbleiterspiegel in zumindest einem Teil des spek-tralen Absorptionsbereichs der über dem Halbleiterspiegel angeordneten Teilzelle einen hohen Reflexionsgrad und im spektralen Absorptionsbereich der unterhalb des Halbleiterspiegels angeordneten Teilzelle einen hohen Transmissionsgrad aufweist.

Description

Monolithische Mehrfach-Solarzelle
Die Erfindung bezieht sich auf eine monolithische Mehrfach-Solarzelle aus Elementen der III. und V. Hauptgruppe des Periodensystems mit integriertem Halbleiterspiegel.
Eine entsprechende Zweifach-Solarzelle - auch Tandem-Solarzelle genannt - ist aus der Literaturstelle „Prag. Photovolt: Res. Appl. 2001; 9:165 - 178, F. Dimroth et al.: Meta- morphic GayIn1-yP/Gai_xInxAs Tandem Solar Cells for Space and for Terrestrial Con- centrator Applications at C>1000 Suns" bekannt. Als integrierter Halbleiterspiegel wird ein Bragg-Spiegel benutzt. Der Bragg-Spiegel wird dabei auf ein GaAs-Substrat epita- xial aufgetragen, auf dem wiederum die Zweifach-Solarzelle GalnP/GalnAs epitaxial aufgebracht wird, die eine n auf p Polarität aufweist.
Aus Physica E. 2002, Vo. 14, S. 84-90, M. Yamaguchi: "Multi-junction solar cells and novel structures for solar cell applications" sind Einfach- und Mehrfachsolarzellen bekannt, wobei bei Einfach-Solarzellen auf der Rückseite ein Bragg-Reflektor angeordnet sein kann.
Aus Journal of Electronic Materials, Vol. 21, No. 3, 1992, S. M. Vernon et al.: „Growth and Characterization of AlxGa1-xAs Bragg Reflectors by LP-MOCVD" ist eine GaAs- Solarzelle mit einem Bragg-Reflektor auf einem Siliziumsubstrat bekannt.
Auch aus der Literaturstelle „Solar Energy Materials & Solar Cells 68 (2001) 105 - 122, M. Z. Shvarts et al.: Radiation resistant AlGaAs/GaAs concentrator solar cells with internal Bragg reflector" ist eine GaAs-Einfachsolarzelle bekannt, unter der ein Bragg- Spiegel angeordnet ist. Bei der verwendeten Solarzelle handelt es sich um eine solche mit p auf n Polarität. Aus der WO-A-2004/017425 ist eine Mehrfach-Solarzelle bekannt, bei der zwischen einzelnen Solarzellen Rückseiten-Reflektoren verlaufen, die die Funktion von elektrischen Spiegeln gegenüber Minoritätsladungsträger ausüben.
Gitterangepasste 3 -fach Solarzellen aus Gao.5Ino.5P/Gao.99InQ.oiAs/Ge sind Marktführer unter den Weltraumsolarzellen. Beste Zellen erreichen 30-31 % Wirkungsgrad unter dem Weltraumsonnenspektrum AMO. In der Produktion wurde bisher maximal ein durchschnittlicher Wirkungsgrad von mindestens 28.3 % erreicht. Ein entscheidender Faktor ist die Strahlungshärte der Zellen. Nach einer typischen Bestrahlung mit 1x1015 cm"2 IMeV Elektronen degradiert der Wirkungsgrad dieser Zellen auf 24.3 %. Dies entspricht einem Restfaktor von 86 %.
5- und 6-fache Solarzellen werden in "M. Hatcher: Solar cell manufacturers come back down to earth", Compondsemiconductor.net Magazine, November 2003, beschrieben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine monolithische Mehrfach-Solarzelle der eingangs genannten Art so weiterzubilden, um die Strahlungsstabilität zu verbessern, so dass der end-of-life-(EOL) Wirkungsgrad erhöht wird. Gleichzeitig soll die Stromgeneration der einzelnen Teilzellen nicht wesentlich beeinträchtigt werden. Dabei soll der Aufwand bei der Herstellung der Solarzelle nicht merklich beein- flusst werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Mehrfach-Solarzelle zumindest drei Teilzellen umfasst, dass der Halbleiterspiegel zwischen zwei Teilzellen angeordnet ist und mehrere Schichten mit zumindest voneinander abweichendem Brechungsindex aufweist und dass der Halbleiterspiegel einen hohen Reflexionsgrad in zumindest einem Teil des Absorptionsbereichs der über dem Halbleiterspiegel angeordneten Teilzelle oder Teilzellen und einen hohen Transmissionsgrad für Strahlung im spektralen Absorptionsbereich der unterhalb des Halbleiterspiegels angeordneten Teilzelle oder Teilzellen aufweist. Mit Reflexionsgrad R wird hier die wellenlängenabhängige Reflexion gemittelt über einen bestimmten Spektralbereich bezeichnet. Idealerweise umfasst dieser Spektralbereich den gesamten spektralen Absorptionsbereich der über dem Halbleiterspiegel liegenden Teilzelle. In der Anwendung ist oft ein kleinerer Spektralbereich ausreichend, insbesondere ein Reflexionsband nahe der Bandlückenenergie der darüber liegenden Teilzelle mit einer Halbwertsbreite HWB von 40 im = HWB = 300 um.
Ein hoher Reflexionsgrad R bedeutet dabei, dass die mittlere Reflexion über dem Reflexionsband R = 0,3, vorzugsweise R = 0,7, insbesondere 0,7 = R = 1 beträgt. Mit Transmissionsgrad T wird hier die wellenlängenabhängige Transmission, gemittelt über den spektralen Absorptionsbereich der unter dem Halbleiterspiegel liegenden Teilzelle bzw. Teilzellen, bezeichnet. Ein hoher Transmissionsgrad T bedeutet dabei, dass T = 0,5, vorzugsweise T = 0,85, insbesondere 0,9 = T = 1 beträgt.
Erfindungsgemäß wird ein optischer Spiegel in Form eines monolithisch integrierten Halbleiterspiegels für Mehrfach-Solarzellen bestehend bzw. umfassend Verbindungshalbleiter der III- und V-Gruppe des Periodensystems vorgeschlagen, wobei die Mehr- fach-Solarzelle drei oder mehr Teilzellen umfasst. Dabei wird der Halbleiterspiegel unter der n-ten Solarzelle der Mehrfach-Solarzelle durch ein geeignetes Epitaxieverfahren eingebaut. Geeignete Epitaxieverfahren sind zum Beispiel MOVPE (Metal-Organic- Vapour-Phase Epitaxy) oder MBE (Molecular Beam Epitaxy) oder VPE (Vapor Phase Epitaxy), um nur einige Verfahren zu nennen.
Der Halbleiterspiegel besteht aus mehreren dünnen Halbleiterschichten mit unterschiedlichem Brechungsindex. Dabei ist die Anzahl, Folge und Dicke der Schichten so gewählt, dass ein Teil des Sonnenspektrums in die n-te Teilzelle der m-Teilsolarzellen umfassend Mehrfachsolarzellen zurückreflektiert wird. Dabei ist m > n sowie m = 3. Durch die Verwendung eines solchen Spiegels kann die Dicke der n-ten Teilzelle halbiert werden, ohne die Absorption in der Teilzelle stark zu reduzieren. Gleichzeitig sind die Schichten so gewählt, dass der Halbleiterspiegel eine hohe Transmission in einem anderen Teil des Sόnnenspektrums besitzt. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Stromgeneration in der (m+l)-ten Teilzelle, also derjenigen, die unterhalb des Halblei- terspiegels verläuft, sowie den weiteren unterhalb des Halbleiterspiegels liegenden Teilzellen nicht über ein kritisches Maß hinaus reduziert wird.
Der Einbau eines entsprechenden Halbleiterspiegels ist insbesondere dann von besonderem Vorteil, wenn eine der Teilzellen der Mehrfach-Solarzelle aus Material mit einer niedrigen Diffusionslänge besteht, bzw. wenn sich die Diffusionslänge in einer der Teilzellen während der Anwendung wesentlich verschlechtert. Durch die Verwendung des Halbleiterspiegels kann die Dicke der n-ten Teilzelle halbiert werden, ohne die Absorption in dieser Teilzelle stark zu reduzieren. Die Kombination aus Einfuhrung eines Halbleiterspiegel und gleichzeitiger Verringerung der Zelldicke wirkt sich positiv auf die Stromgeneration aus. Zum einen ergibt sich ein günstigeres Generationsprofil über die Tiefe der aktiven Schichten der Teilzelle. Besonders bedeutsam ist es, dass sich durch die geringere Zelldicke der mittlere Abstand der erzeugten Minoritätsladungsträ- ger von der Raumladungszone stark verringert. Dies führt zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit, dass die Minoritätsladungsträger während der Diffusion auf die Raumladungszone treffen und somit zur Stromgeneration beitragen. Die Rekombination wird somit verringert.
Ein wichtiges Anwendungsbeispiel ist die Gao.shio.5P/Gao.99Ino.0iAs/Ge 3 -fach Solarzelle, die in den letzten Jahren zur am meisten angewendeten Solarzelle auf Satelliten geworden ist. Im Weltraum sind die Solarzellen einem Spektrum von hochenergetischen Teilchen, zum Beispiel Elektronen und Protonen mit Energien im MeV Bereich, ausgesetzt. Diese Strahlung kann zu einer Degradation der Solarzelle, insbesondere zu erhöhter Rekombination und damit zu einer geringen Diffusionslänge im Halbleitermaterial führen. Während die GaInP Oberzelle und die Ge Unterzelle relativ unempfindlich auf die Weltraumstrahlung sind, zeigt die Gao.99hio.o1As Mittelzelle eine starke Degradation. Bei typischen Strahlungsdosen, wie etwa 1x10 cm" 1 MeV Elektronen, nimmt die Diffusionslänge in Gao.99hio.01As so stark ab, dass nur noch ein Teil der erzeugten Minoritätsladungsträger die Raumladungszone erreicht. Eine starke Degradation des generierten Stromes bzw. der Quanteneffizienz der Mittelzelle ist die Folge. Die Degradation der Mittelzelle bestimmt somit die Degradation der 3-fach Solarzelle. Durch das erfindungsgemäße Einfügen des Halbleiterspiegels zwischen Mittel- und Unterzelle und gleichzeitiges Halbieren der Dicke der Mittelzelle kann diese Degradation deutlich verringert werden. Die Schichten des Halbleiterspiegels werden in diesem Fall so gewählt, dass eine hohe Reflexion im Spektralbereich höherer Energien als die der Bandlücke von Gao.99hi0.oi As von ca. 1.4 eV erreicht wird. Gleichzeitig muss eine ausreichende Transmission für kleinere Energien erreicht werden, so dass in der Ge Unterzelle noch ausreichend Strom generiert wird. Im Falle der Gao.sIno.5P/Gao.99Ino.01As/Ge 3-fach Solarzelle generiert die Ge Unterzelle einen Überschuss an Strom (ca. 30 mA/cm2 im Vergleich zu den oberen Teilzellen mit ca. 17 mA/cm2), wodurch die Anforderungen an die Transparenz des Halbleiterspiegels für kleinere Energien nicht ganz so hoch sind.
Während im Falle der Gao.5Ino.5P/Gao.99Ino.01As/Ge 3-fach Solarzelle alle Teilzellen mit der gleichen Gitterkonstante gitterangepasst zum Substrat gezüchtet sind, werden in der Entwicklung zur Zeit 3-fach Solarzellen untersucht, welche aus gitterfehlangepassten Schichten bestehen. Typische Materialkombinationen sind hier GalnP/GalnAs/Ge oder auch AlGalnP/GalnAs/Ge, wobei der Indium Gehalt in einer oder in beiden der oberen Teilzellen höher ist, als in der zuvor genannten 3-fach Solarzelle. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Halbleiterspiegels für diese Zellkonzepte ist analog. Die Anforderungen an die Transparenz des Halbleiterspiegels für kleinere Energien als die der Energiebandlücke des verwendeten GaInAs ist hier etwas höher, da der Überschuss an Generation in der Ge Unterzelle hier geringer ist.
Analog lässt sich der Halbleiterspiegel auch für gitterangepasste und gitterfehlangepass- te 5-fach Solarzellen anwenden, welche zur Zeit ebenfalls für die Weltraumanwendung entwickelt werden. AlGalriP/GamP/AlGalnAs/GalnAs/Ge ist z. B. eine typische Materialkombination für eine solche Zelle.
Während bei den zuvor diskutierten Zellkonzepten das Problem der niedrigen Diffusionslänge durch die Anwendung im Weltraum und die dort herrschende Strahlung zu Stande kommt, gibt es auch Konzepte für Mehrfach-Solarzellen, welche Materialien mit inherent niedriger Difrusionslänge beinhalten. Gao.5hio.5P/Gao.99Ino.01As/Ge 3-fach Solarzellen lassen sich unter Hinzunahme einer weiteren Teilzelle eines Materials mit einer Energiebandlücke von ca. IeV zu Gao.5Ino.5P/Gao.99Ino.01 As/1 eV-Material/Ge 4-fach Solarzellen erweitern. Mit dem Material GaInNAs lässt sich z. B. eine Energiebandlücke von 1 eV bei gleichzeitiger Gitteranpassung zum Ge Substrat realisieren. Dieses Material zeigt jedoch bisher sehr niedrige Diffusionslängen, weswegen noch keine besseren Ergebnisse mit 4-fach Solarzellen erreicht wurden als mit 3-fach Solarzellen.
Der erfindungsgemäße Einbau eines Halbleiterspiegels unter der GaInNAs Teilzelle bei gleichzeitiger Anpassung der Zelldicke kann in diesem Fall ebenfalls erfolgreich angewendet werden. Dabei werden die Schichten des Halbleiterspiegels so gewählt werden, dass eine hohe Reflexion für Energien größer 1 eV und gleichzeitig eine hohe Transmission für Energien kleiner 1 eV erreicht wird. Die Anforderungen an die Transparenz des Halbleiterspiegels für kleinere Energien sind hier sehr hoch, da die Ge Unterzelle über keinen Überschuss an Generation verfügt. Eine solche 4-fach Solarzelle ist nicht nur für die Anwendung im Weltraum, sondern auch für die Anwendung in terrestrischen Konzentratorsystemen geeignet.
Des Weiteren sind 6-fach Solarzellen für die Weltraumanwendung bekannt. Diese erhält man z. B. aus der Erweiterung einer AlGalnP/GalnP/AlGalnAs/GalnAs/Ge 5-fach Solarzelle mit einer weiteren Teilzelle eines Materials mit einer Energiebandlücke von ca. 1.0-1.1 eV. Eine mögliche Materialkombination ist somit AlGalnP/GalnP/AlGalnAs/ GalnAs/GalnNAs/Ge. Entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre erfolgt der Einbau eines oder sogar zweier Halbleiterspiegel.
Beispiele für Mehrfach-Solarzellen sind auch der Literaturstelle „Proceedings of 19th European Photovoltaic Energy Conference, 7. - 11. Juni 2004, Paris, S. 3581 - 3586, M. Meusel et al.: "European Roadmap for the Development of III- V Multi-Junction Space Solar Cells" zu entnehmen.
Wird üblicherweise für die Epitaxie einer Mehrfach-Solarzellenstruktur ein Ge-Substrat verwendet, das während die Epitaxie aktiviert wird und die Ge-Unterzelle bildet, ist die erfindungsgemäße Lehre auch für Solarzellen anwendbar, bei der die Epitaxie auf ein Silizium- oder Si/Ge-Substrat erfolgt. Unabhängig hiervon sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass die der nachfolgenden Teilzelle vorausgehende Schicht des Halbleiterspiegels eine Gitterstruktur aufweist, die der der Teilzelle angepasst ist.
Die Schichten des Halbleiterspiegels bestehen aus Verbindungshalbleiter der III. und V. Hauptgruppe des Periodensystems bzw. enthalten diese. Dabei können die Verbindungshalbleiter mit Si, Te, Zn, C, Mg und/oder Se dotiert sein.
Die Schichten können aus Verbindungshalbleitermaterial wie AlGalnAs-Material und/oder AlGalnP-Material bestehen oder dieses enthalten, wobei AlGaLiAs einschließt GaAs, InAs AlAs, GaInAs AlGaAs, AlInAs und/oder AlGaInP einschließt GaP, InP AIP, GaInP oder AlInP.
Jeweilige Schicht des Halbleiterspiegels sollte eine Dicke d mit 2 nm = d = 300 nm, insbesondere 10 nm = d = 150 nm aufweisen.
Der Halbleiterspiegel besteht aus n-Schichten, wobei 10 = n = 50, insbesondere 15 = n = 35 ist. Die Gesamtdicke D des Halbleiterspiegels sollte betragen 500 nm = D = 4000 nm, insbesondere 750 nm = D = 2500 nm.
Ganz allgemein lehrt die Erfindung, dass bei n-Schichten des Halbleiterspiegels mindestens zwei Schichten einen unterschiedlichen Brechungsindex und/oder zumindest zwei Schichten eine unterschiedliche Materialzusamrnensetzung und/oder zumindest zwei Schichten unterschiedliche Dicken aufweisen. Selbstverständlich können auch drei oder mehr Schichten eine unterschiedliche Materialzusammensetzung bzw. unterschiedliche Brechungsindices bzw. unterschiedliche Dicken aufweisen.
Durch die Vielzahl der unterschiedlichen Materialschichten ergeben sich insbesondere vorteilhafte Eigenschaften in Bezug auf Reflexion und Transmission sowie die Möglichkeit der Passivierung der Grenzfläche zur darüber liegenden Teilzelle. Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass der Halbleiterspiegel zwischen Mittel- und Unterzelle einer GalnP/GalnAs/Ge-Dreifachsolarzelle eingebaut ist, wobei bevorzugterweise die GalnAs-Mittelzelle eine Dicke dm mit 500 = dm = 2500 nm, insbesondere 800 nm = dm = 2000 nm aufweist.
Des Weiteren sieht die Erfindung vor, dass ein oder mehrere Halbleiterspiegel in eine GalnP/GalnAs/GalnNAs/Ge- Vierfachsolarzelle eingebaut sind, wobei ein Halbleiterspiegel insbesondere zwischen der GaInNAs- und der Ge-Teilzelle angeordnet ist.
Ein Einbau eines Halbleiterspiegels ist auch in einer Fünffach-Solarzelle möglich, die zum Beispiel aus den Teilzellen AlGahiP/GalnP/AlGalnAs/GalnAs/Ge besteht, wobei der Halbleiterspiegel zwischen der GaInAs- und der Ge-Teilzelle angeordnet sein sollte.
Wird eine Sechsfach-Solarzelle benutzt, in der ein oder mehrere Halbleiterspiegel eingebaut sind, so sollte die Solarzelle aus den Teilzellen AlGaInP/ GalnP/AlGalnAs/GalnAs/GalnNAs/Ge bestehen.
Ein besonders guter EOL- Wirkungsgrad lässt sich dann erzeugen, wenn der Halbleiterspiegel eine hohe Halbwertsbreite aufweist. Optimal wäre eine Halbwertbreite (HWB), die den gesamten Absorptionsbereich der darüber liegenden Teilzelle einschließt. Hierdurch würden jedoch Einschränkungen im Reflexionsgrad in Kauf zu nehmen sein bzw. ein hoher Materialverbrauch wäre notwendig. Um eine Optimierung zu erzielen, sollte die Halbwertsbreite zwischen 50 nm und 300 nm, insbesondere zwischen 80 nm und 150 nm liegen.
Die Schichten des Halbleiterspiegels sollten ferner derart ausgelegt sein, dass der Reflexionsgrad R beträgt R = 0,3, insbesondere R = 0,7, vorzugsweise 0,7 = R = 1 und der Transmissionsgrad T beträgt T = 0,5, insbesondere T = 0,85, vorzugsweise 0,9 = T = 1.
Ein Spezialfall des erfindungsgemäßen Halbleiterspiegels ist der Bragg-Reflektor. Dieser besteht üblicherweise aus einem periodischen Übergitter aus 2 Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex. Die Dicke der jeweiligen Schichten eines Materials ist konstant. Hierdurch können je nach der Anzahl der Übergitterperioden Reflexionen bis nahe an 100 % erzielt werden. Die Bragg-Spiegel werden zum Beispiel in oberflächenemittierenden Lasern eingesetzt.
Ganz allgemein stellt der erfindungsgemäße die Funktion eines optischen Spiegels aufweisende Halbleiterspiegel in Bezug auf die über diesem angeordneten Teilzellen einen überaus guten Reflektor und in Bezug auf die unterhalb des Halbleiterspiegels angeordneten Teilzelle einen Langpassfilter dar.
Die erfindungsgemäße Lehre ist insbesondere dann vorteilhaft anzuwenden, wenn eine der Teilzellen eine Mehrfach-Solarzelle aus einem Material mit einer niedrigen Diffusionslänge besteht bzw. wenn sich die Diffusionslänge in einer der Teilzellen während der Anwendung wesentlich verschlechtert. Durch die Verwendung des Halbleiterspiegels kann die Dicke der n-ten Teilzelle halbiert werden, ohne dass die Absorption in der Teilzelle wesentlich reduziert wird. Die Kombination aus Einbau eines Halbleiterspiegels und gleichzeitiger Verringerung der Zelldicke wirkt sich positiv auf die Stromgeneration aus. Zum einen ergibt sich ein günstigeres Regenerationsprofil über die Tiefe der aktiven Schichten der Teilzelle, zum anderen verringert sich durch die geringere Zelldicke der mittlere Abstand der erzeugten Minoritätsladungsträger von der Raumladungszone stark. Dies fuhrt zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit, dass die Minoritätsladungsträger während der Diffusion auf die Raumladungszone treffen und somit zur Stromgeneration beitragen. Die Rekombination wird folglich verringert. Demzufolge wird aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre eine Steigerung des in einer Teilzelle generierten Stromes erreicht, der durch eine niedrige Diffusionslänge begrenzt wird. Insbesondere kann die Strahlungsstabilität der Gao.99hi0.0i As Mittelzelle einer Gao.shio.5P/Gao.99hio.o1As/Ge 3-fach Solarzelle deutlich verbessert werden.
Durch den Einbau eines Halbleiterspiegels kann des Weiteren die Gesamtdicke der Mehrfach-Solarzellenstruktur verringert werden. Entsprechende Verbesserungen der Strahlungsstabilität ergeben sich im Fall der Gao.99hio.01 As- oder gitterfehlangepassten GalnAs-Teilzellen in Mehrfach-Solarzellen mit drei oder mehr Teilzellen. Zur erfolgreichen Anwendung von neuen Materialien mit niedriger Diffusionslänge wie GaInNAs als Teilzelle in einer Mehrfach-Solarzelle kann die erfindungsgemäße Lehre durch den Einbau eines Halbleiterspiegels einen entscheidenden Beitrag leisten.
Der Halbleiterspiegel zeichnet sich durch geeignete Materialien aus, wobei eine Gitteranpassung zur auf dem Halbleiterspiegel angeordneten Teilzelle erfolgt. Dabei gelangen zumindest zwei Materialien mit einem hohen Unterschied im Brechungsindex zum Einsatz, um eine hohe Reflexion zu erreichen. Materialien mit einer gleich großen oder größeren Bandlücke als die der darüber liegenden Teilzelle gelangen zum Einsatz, damit eine Absorption für kleinere Energien nicht stattfindet. Durch den Einbau des Halbleiterspiegels kann die Dicke der auf dem Halbleiterspiegel aufgebrachten Teilzelle reduziert, insbesondere halbiert werden.
Zum Ausbilden des Halbleiterspiegels gelangen übliche Epitaxieverfahren zur Anwendung, die die Abscheidung zahlreicher Schichten aus unterschiedlichen Materialien erlaubt. Beispielhaft sind MOVPE, MBE, VPE etc. zu nennen. Dabei wird der Halbleiterspiegel während der Epitaxie der Solarzellenstruktur mit abgeschieden.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination—, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Abb. 1 ein schematischer Aufbau einer Mehrfach-Solarzelle mit integriertem Halbleiterspiegel,
Abb. 2 Reflexion eines idealen Halbleiterspiegels und
Abb. 3 simulierte Reflexion eines Halbleiterspiegels. Der Abb. 1 ist ein schematischer Aufbau einer Mehrfach-Solarzelle 10 mit einem erfindungsgemäß eingebauten Halbleiterspiegel zu entnehmen. Die Solarzelle 10 besteht aus m-Teilzellen 12, 14, 16, 18, die epitaxial auf einem Substrat 20 aufgetragen worden sind. Zwischen der (n)-ten Zelle 16 mit m > n und der (n+l)-ten Zelle 18 ist ein Halbleiterspiegel 22 eingebaut, der während der Epitaxie der Solarzellenstruktur mit abgeschieden worden ist. Als geeignetes Epitaxieverfahren kommen solche in Frage, die für die Abscheidung zahlreicher Schichten aus unterschiedlichen Materialien geeignet sind. Beispielhaft sind MOVPE, MBE (Molecular Beam Epitaxy) oder VPE (Vapor Phase Epitaxy) zu nennen, ohne dass hierdurch eine Einschränkung der erfindungsgemäßen Lehre erfolgt.
Insbesondere handelt es sich bei der Mehrfach-Solarzelle 10 um eine 3-fach Solarzelle, wobei die Oberzelle aus Gao.5Ino.5P, die Mittelzelle aus Gao.99hio.o1 As und die Unterzelle aus Ge bestehen. Der aus mehreren Schichten bestehende Halbleiterspiegel 22 ist insbesondere zwischen der Unterzelle aus Ge und der Mittelzelle Gao.99hio.oiAs eingebaut. Dabei ist der Schichtaufbau derart, dass zumindest zwei Schichten aus unterschiedlichen Materialien, voneinander abweichenden Dicken und unterschiedlichem Brechungsindex bestehen.
Durch die Auswahl der Materialien, Schichtdicken und Brechungsindizes ergibt sich im Idealfall ein Reflektionsverhalten, wie dieses der Abb. 2 zu entnehmen ist. So ergibt sich für Energien größer der Bandlückenenergie der n-ten Teilzelle eine maximale Reflexion, also im Ausführungsbeispiel der 3-fach Zelle mit einer Gao.99Ino.o1As Mittelzelle bei einer Bandlückenenergie > 1,4 eV bzw. 880 nm eine maximale Reflexion. Für Energien kleiner der Bandlückenenergie der n-ten Zelle ist die Reflexion minimal bzw. die Transmission maximal. Dabei können Transmissionsverluste durch Absorption im Halbleiterspiegel durch die Wahl geeigneter Materialien zum Beispiel GaAs und Al- GaAs vermieden bzw. vernachlässigbar klein werden.
Die oberste Schicht des Halbleiterspiegels 22 kann aus GaInP bestehen und zugleich das Rückseitenfeld für die darüber liegende Mittelzelle Gao.99Ino.01As sein. GaInP wird dabei als Material verwendet, da dieses sehr gute Eigenschaften als Rückseitenpassivie- rung aufweist. Die übrigen Schichten des Halbleiterspiegels 22 bestehen im Ausfuhrungsbeispiel aus drei unterschiedlichen Materialien: Ga0.99In0.01As, AIo-2GaO-8As und Alo.sGao.2As. Hierin besteht ein wesentlicher Unterschied zum klassischen Bragg- Reflektor, welcher aus nur zwei unterschiedlichen Materialien besteht. Zusätzlich werden in dem Beispiel unterschiedlichste Schichtdicken verwendet, während beim klassischen Bragg-Reflektor alle Schichten eines Materials die gleiche Dicke aufweisen.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der Schichtfolge des Halbleiterspiegels 22 ist, dass diese zum einen eine hohe Reflexion für Energien oberhalb der Bandkante der darüber liegenden Teilzelle erreicht, zum anderen aber auch eine niedrige Reflexion bzw. hohe Transmission für niedrigere Energien besitzt. Zur Veranschaulichung ist in Abb. 3 die berechnete Reflexion des Halbleiterspiegels an der Grenzfläche zur darüber liegenden Gao.99Ino.01As Teilzelle gezeigt. Für Wellenlängen zwischen 800 nm und 900 nm wird eine hohe Reflexion erreicht. Für Wellenlängen größer 900 nm ist die Reflexion hingegen gering. Dies ist eine wichtige Eigenschaft des Halbleiterspiegels um sicher zu stellen, dass die Stromgeneration in der Ge Unterzelle nicht wesentlich durch den Halbleiterspiegel 22 reduziert wird.

Claims

PatentansprücheMonolithische Mehrfach-Solarzelle
1. Monolithische Mehrfach-Solarzelle (10) im Wesentlichen aus Elementen der III. und V. Hauptgruppe des Periodensystems bestehend mit integriertem Halbleiterspiegel (22), dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrfach-Solarzelle (10) zumindest drei Teilzellen (12, 14, 16, 18) um- fasst, dass der Halbleiterspiegel (22) zwischen zwei Teilzellen (16, 18) angeordnet ist und mehrere Schichten von einander abweichendem Brechungsindex und/oder Materialzusammensetzung und/oder Dicke aufweist und dass der Halbleiterspiegel in zumindest einem Teil des spektralen Absorptionsbereichs der über dem Halbleiterspiegel angeordneten Teilzelle oder Teilzellen einen hohen Reflexionsgrad und im spektralen Absorptionsbereich der unterhalb des Halbleiterspiegels angeordneten Teilzelle oder Teilzellen einen hohen Transmissionsgrad aufweist.
2. Mehrfach-Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten des Halbleiterspiegels (22) aus Verbindungshalbleitern der III. und V. Hauptgruppe des Periodensystems bestehen oder diese enthalten.
3. Mehrfach-Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten des Halbleiterspiegels (22) mit Si, Te, Zn, C, Mg und/oder Se dotiert sind.
4. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unmittelbar unter der darüberliegenden Teilzelle (16) ausgebildete Schicht des Halbleiterspiegels (22) Rückseitenfeld der Teilzelle bildet.
5. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückseitenfeld aus AlGaInP besteht.
6. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht bzw. Schichten des Halbleiterspiegels (22), die unmittelbar unterhalb der nachfolgenden Teilzelle (16) angeordnet sind, an die Teilzelle (16) git- terangepasst sind.
7. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspiegel (22) mindestens zwei Materialien mit einem hohen Unterschied im Brechungsindex N aufweist, wobei der Unterschied ΔN insbesondere beträgt ΔN > 0,2, vorzugsweise ΔN > 0,5, insbesondere 0,4 < ΔN < 0,65.
8. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspiegel (22) aus zumindest zwei Schichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung besteht.
9. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspiegel (22) aus zumindest zwei Schichten mit unterschiedlicher Dicke besteht.
10. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspiegel (22) Materialien mit einer gleich großen oder größeren Bandlückenenergie wie bzw. als die darüber liegende Teilzelle (16) aufweist.
11. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten des Halbleiterspiegels (22) aus Verbindungshalbleitern in Form von AlGalnAs-Material und/oder AlGalnP-Material bestehen.
12. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das AlGalnAs-Material GaAs, InAs AlAs, GaInAs AlGaAs, AlInAs einschließt.
13. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das AlGalnP-Material GaP, InP AIP, GaInP und/oder AlInP einschließt.
14. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspiegel (22) aus zumindest drei Schichten mit unterschiedlichem Brechungsindex besteht.
15. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspiegel (22) aus zumindest drei Schichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung besteht.
16. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspiegel (22) aus zumindest drei Schichten mit unterschiedlicher Dicke besteht.
17. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten des Halbleiterspiegels (22) jeweils eine Dicke d mit 2 um = d = 300 nm, insbesondere mit 10 nm = d = 150 nm aufweisen.
18. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspiegel (22) eine Gesamtdicke D mit 500 nm = D = 4000 nm, insbesondere 750 nm = D = 2500 nm aufweist.
19. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspiegel (22) aus n-Schichten mit 10 = n = 50, insbesondere 15 = n = 35 besteht.
20. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspiegel (22) in einer Mehrfach-Solarzelle (10) eingebaut ist, die auf einem Ge, Si und/oder Si/Ge-Substrat (20) aufgebaut ist.
21. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspiegel (22) zwischen Mittel- und Unterzelle einer AlGalnP/GalnAs/Ge 3-fach Solarzelle eingebaut ist.
22. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelzelle GaInAs der 3-fach Solarzelle eine Dicke dm mit 500 nm = dm = 2500 nm, vorzugsweise 800 nm = dm = 2000 nm aufweist.
23. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrfach-Solarzelle (10) eine 4-fach Solarzelle wie AlGalnP/GalnAs/GalnNAs/Ge Mehrfach-Solarzelle ist.
24. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspiegel (22) in einer 5-fach Solarzelle, insbesondere einer AlGaliiP/GalriP/AlGalnAs/GalnAs/Ge Mehrfach-Solarzelle eingebaut ist.
25. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspiegel (22) in einer 6-fach Solarzelle, insbesondere einer AlGalnP/GalnP/AlGalnAs/GalnAs/GalnNAs/Ge Mehrfach-Solarzelle eingebaut ist.
26. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspiegel (22) unterhalb der GalnAs-Teilzelle eingebaut ist.
27. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der Ansprüche 23 und 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspiegel (22) unterhalb der GalnNAs-Teilzelle eingebaut ist.
28. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Reflexion des Halbleiterspiegels (22) im spektralen Absorptionsbereich der über dem Halbleiterspiegel angeordneten Teilzelle breitbandig ist und insbesondere eine Halbwertsbreite (HWB) mit HBB = 40 mn, vorzugsweise HWB = 80nm, insbesondere 80 nm = HWB = 300 mn aufweist.
29. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsgrad R des Halbleiterspiegels (22) der Strahlung in zumindest einem Teil des spektralen Absorptionsbereichs der über dem Halbleiterspiegel angeordneten Teilzelle (16) bzw. angeordneten Teilzellen (12, 14, 16) sich beläuft auf R = 0,3, insbesondere R = 0,7, vorzugsweise 0,7 = R = 1.
30. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Transmissionsgrad T des Halbleiterspiegels (22) der Strahlung im spektralen Absorptionsbereich der unterhalb des Halbleiterspiegels angeordneten Teilzelle bzw. Teilzellen sich beläuft auf T = 0,5, insbesondere T = 0,85, vorzugsweise 0,8 r-p Λ
31. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Halbleiterspiegels (22) eine GalnAs-Teilzelle angeordnet ist, deren Dicke halb so dick oder in etwa halb so dick wie die einer entsprechenden GalnAs-Teilzelle bei fehlendem Halbleiterspiegel ist.
32. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspiegel (22) während epitaktischer Ausbildung der Mehrfach- Solarzelle (10) epitaxial abgeschieden ist.
33. Mehrfach-Solarzelle nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspiegel (22) durch Epitaxieverfahren wie MOVPE, MBE oder VPE abgeschieden ist.
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Inventor name: BETT, ANDREAS

Inventor name: STROBL, GERHARD

Inventor name: MEUSEL, MATTHIAS

Inventor name: DIMROTH, FRANK

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