JP2016163046A - 太陽電池装置 - Google Patents

太陽電池装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2016163046A
JP2016163046A JP2016040132A JP2016040132A JP2016163046A JP 2016163046 A JP2016163046 A JP 2016163046A JP 2016040132 A JP2016040132 A JP 2016040132A JP 2016040132 A JP2016040132 A JP 2016040132A JP 2016163046 A JP2016163046 A JP 2016163046A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solar cell
layer
junction solar
cell device
diode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016040132A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6312727B2 (ja
Inventor
モイゼル マティアス
Meusel Matthias
モイゼル マティアス
ケストラー ヴォルフガング
Koestler Wolfgang
ケストラー ヴォルフガング
フーアマン ダニエル
Fuhrmann Daniel
フーアマン ダニエル
ラウアーマン トーマス
Lauermann Thomas
ラウアーマン トーマス
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Azur Space Solar Power GmbH filed Critical Azur Space Solar Power GmbH
Publication of JP2016163046A publication Critical patent/JP2016163046A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6312727B2 publication Critical patent/JP6312727B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/02002Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations
    • H01L31/02005Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations for device characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02008Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations for device characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells or solar cell modules
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0725Multiple junction or tandem solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • H01L31/022408Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264Inorganic materials
    • H01L31/028Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264Inorganic materials
    • H01L31/0304Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L31/03046Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/044PV modules or arrays of single PV cells including bypass diodes
    • H01L31/0443PV modules or arrays of single PV cells including bypass diodes comprising bypass diodes integrated or directly associated with the devices, e.g. bypass diodes integrated or formed in or on the same substrate as the photovoltaic cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0687Multiple junction or tandem solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/142Energy conversion devices
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544Solar cells from Group III-V materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

【課題】本発明は、多接合型太陽電池及び保護ダイオード構造を備えている太陽電池装置に関する。
【解決手段】保護ダイオード構造における半導体層の数は、多接合型太陽電池における数より少ないが、保護ダイオード構造における一連の半導体層は、多接合型太陽電池のそれに対応している。保護ダイオード構造においては、上部保護ダイオードと下部保護ダイオードとが形成されており、隣接する保護ダイオード間には、トンネルダイオードが配置されている。保護ダイオード構造におけるnp接合部の数は、多接合型太陽電池におけるnp接合部の数よりも1だけ少ない。多接合型太陽電池の表面及び保護ダイオード構造の表面には、1つ以上の金属層を含んでいる接続コンタクト構造が形成されており、またこの接続コンタクト構造の下には、複数の半導体層から成る導電性のコンタクト層が形成されており、またこのコンタクト層は、トンネルダイオードを含んでいる。
【選択図】図1

Description

本発明は、太陽電池装置に関する。
特許文献1〜4からは、多接合型太陽電池及び保護ダイオード構造を備えている太陽電池装置に関する種々のコンセプトが公知である。更に、引用文献5及び引用文献6、また特に、非特許文献1からは、別の構成の太陽電池装置が公知である。特に、特許文献1においては、太陽電池スタックの上面において、p+ドープ型AlGaAsから成る公知の窓層のみがGaInP部分セルの上に直接載置されており、他方、保護構造においては、金属がトンネルダイオードのn++ドープ型部分層の上に直接形成されていることが開示されている。
欧州特許出願公開第1008188号明細書 米国特許第6600100号明細書 欧州特許出願公開第1443566号明細書 米国特許第7449630号明細書 独国特許出願公開第102004055225号明細書 独国特許出願公開第102004023856号明細書
2005年5月の9〜13日にイタリアのストレーザで開催された会議「Seventh European Space Power Conference」(ESA SP−589, May 2005)においてG.F.X.Strobl等により発表された「Evolution of Fully European Triple GaAs Solar Cell, Proc.」
この背景のもとでの本発明の課題は、従来技術を更に発展させた装置を提供することである。
この課題は、請求項1の特徴部分に記載の構成を備えている太陽電池装置によって解決される。本発明の有利な実施の形態は従属請求項に記載されている。
本発明の対象によれば、多接合型太陽電池及び保護ダイオード構造を備えている太陽電池装置が提供される。多接合型太陽電池及び保護ダイオード構造は、共通の裏面と、メサトレンチによって離隔されている表面と、を有しており、また、共通の裏面は導電層を含んでおり、光は表面を介して多接合型太陽電池に入射する。また、多接合型太陽電池は、3つ以上のセルから成るスタックを含んでおり、表面の最も近くに配置されているトップセル及び裏面の最も近くに配置されているボトムセルを有しており、各セルはnp接合部を含んでおり、隣接するセル間にはトンネルダイオードが配置されている。保護ダイオード構造における半導体層の数は、多接合型太陽電池における半導体層の数よりも少ないが、しかしながら、保護ダイオード構造における一連の半導体層は、多接合型太陽電池の一連の半導体層に対応している。保護ダイオード構造においては、少なくとも、上部保護ダイオードと、裏面の最も近くに配置されている下部保護ダイオードとが形成されており、隣接する保護ダイオード間には、トンネルダイオードが配置されている。保護ダイオード構造におけるnp接合部の数は、少なくとも、多接合型太陽電池におけるnp接合部の数よりも1だけ少ない。多接合型太陽電池の表面及び保護ダイオード構造の表面には、1つ以上の金属層を含んでいる接続コンタクト構造が形成されており、またこの接続コンタクト構造の下には、複数の半導体層から成る導電性のコンタクト層が形成されており、またこのコンタクト層は、トンネルダイオードを含んでいる。
メサトレンチは、保護ダイオード構造の層スタックと、スタック状の多接合型太陽電池との間に完全に形成されているので、2つのスタックは、上面側では完全に離隔されており、またその下面においてのみ、共通して形成されており、従って繋がっている層を有していることを言及しておく。また、多接合型太陽電池及び保護ダイオード構造はnp接合部として形成されており、従ってn型層は、表面から見ると、p型層の上に配置されていることも言及しておく。
保護ダイオード構造の層スタックは表面において、確かに、多接合型太陽電池と同じ接続コンタクト構造を有しており、特に複数の金属層を含んでいる接続コンタクト構造を有しているが、しかしながら保護ダイオード構造における接続コンタクト構造の下では、多接合型太陽電池よりも多くの層がエッチングにより除去されていると解される。これによって、保護ダイオード構造における半導体層の数は少なくなっている。また有利には、太陽電池装置は半導体ウェハ、特に有利にはゲルマニウムウェハを含んでいる。一般的に、多接合型太陽電池は、ウェハの面積の大部分を占めており、有利には90%以上を占めており、他方、保護ダイオード構造はウェハの角のうちの1つに配置されている。ウェハの表面を平面で見ると、2つの構造体が相互に並んで配置されており、且つ、メサトレンチによって離隔されている。
更に、保護ダイオード構造及び多接合型太陽電池は主として、III−V族半導体材料から成る層を有していると解される。この場合、多接合型太陽電池の個々のセルは異なるバンドギャップを有しており、表面の最も近くに配置されているトップセルは、ミドルセルよりも大きいバンドギャップを有しており、またミドルセルは裏面の最も近くに配置されているボトムセルよりも大きいバンドギャップを有している。これによって、光は常にトップセルを通過して入射する。トップセルによって吸収されないスペクトルは、後続のセルに入射する。セルスタック及び保護構造は、有利にはモノリシックに集積されていることを言及しておく。1つの択一的な実施の形態においては、各スタックが半導体接合面を含んでいる。1つの択一的な実施の形態においては、セルスタックが3つより多くの太陽電池を有している。有利には、セルスタックは4つ又は5つ又は6つのセルを有している。
この配置構成の利点は、特に保護ダイオード構造においては、トンネルダイオードの上に金属コンタクトが形成されることによって、保護ダイオード構造の信頼性及び長時間安定性が高められることにある。更に、保護ダイオード構造の形成にあたり、付加的な半導体又は金属層は設けられず、その代わりに、多接合型太陽電池の半導体及び金属層が保護ダイオード構造の表面の接続に使用される。換言すれば、保護ダイオード構造及び多接合型太陽電池は同一の接続コンタクト構造を有している。異なる2つのコンタクトシステムの特性決定及び判定を行う必要はない。
実験の結果、トンネルダイオードの形成によって、歩留まりが改善されるか、又は、製造プロセスがよりロバストになることが分かった。更には、生産プロセスをフレキシブルに使用することができる。つまり、多接合型太陽電池を基礎として、同一の接続コンタクト構造の使用の下で、少数の付加的なプロセスステップによって保護ダイオード構造を製造することができる。
また別の実験の結果、驚くべきことに、付加的なトンネルダイオードの導入によって、保護ダイオード構造における電流密度が比較的高い場合であっても電圧降下による影響は極僅かなものとなり、また特に、保護ダイオード構造の導通接続特性が変化しないことが分かった。更には、トンネルダイオードを形成するために付加的な層を導入しても歩留まりは低下せずに、むしろ向上することが分かった。
1つの実施の形態においては、裏面における導電層は1つ以上の金属層、及び/又は、金属層の上に配置されている1つ以上の半導体層を含んでいる。特に、ゲルマニウム基板ウェハが使用される場合には、ゲルマニウムから成る半導体層を設けることが有利である。つまり、メサトレンチを形成するためのメサエッチングはゲルマニウム基板において終了する。
1つの発展形態においては、接続コンタクト構造とトンネルダイオードとの間に、pドープ型半導体層が形成されている。有利には、pドープ型半導体層は、化合物GaInP及び/又はGaAsを含んでおり、また表面におけるコンタクト層は、1つ以上の金属層を含んでいる。
実験の結果、接続コンタクト構造がAuZn合金から成る層及び/又はAgの化合物から成る層及び/又はAuの化合物から成る層及び/又はZn合金から成る層を含んでいる場合には有利であることが分かった。これによって特に、pドープ型半導体層の上において、低抵抗の化合物を達成することができる。換言すれば、金属層を素材結合によりpドープ型半導体層上に形成することが有利である。
1つの実施の形態においては、トンネルダイオードが、負にドープされた少なくとも1つの層と、正にドープされた少なくとも1つの層と、から形成され、その場合、負のドーピングは、元素Si及び/又はTe及び/又はSeによって実現されている、及び/又は、正のドーピングは、元素C及び/又はZn及び/又はMgによって実現されている。有利には、各層のドーパント濃度は1×10e18cm-3よりも高く、より有利には3×10e18cm-3よりも高い。
1つの別の実施の形態においては、トンネルダイオードが、トップセルと接続コンタクト構造との間に形成されている。有利には、トンネルダイオードが、上下に重なって配置されており、且つ、GaAs化合物から成る、少なくとも2つの層から形成されている。この場合、それらの層のうちの少なくとも1つの層又は両層は、1%から40%の間のアルミニウム含有率を有している。極めて有利には、それらの層のうちの1つの層又は両層におけるアルミニウム含有率は、5%から20%の間である。
1つの別の実施の形態においては、多接合型太陽電池がミドルセルを有している。有利には、トップセルはGaInPを含んでおり、ミドルセルはGaAs又はGaInAsを含んでおり、またボトムセルはGeを含んでいる。
1つの有利な実施の形態においては、多接合型太陽電池が、4つ以上のセルを含んでいる。それぞれが異なるバンドギャップを有しているセルの数が多くなるに連れ、各セルのバンドギャップを相互により簡単に調整することができ、また装置の効率を高めることができると解される。
別の発展形態においては、保護ダイオードの接続コンタクト構造は、少なくとも部分的に又は完全に、pドープ型半導体層に直接接しており、その場合、有利にはpドープ型半導体層は、化合物GaInP及び/又はAlGaAs及び/又はGaAs及び/又はGaInAsから形成されている。1つの択一的な実施の形態においては、多接合型太陽電池の接続コンタクト構造は、少なくとも部分的に又は完全に、正にドープされた半導体層に直接接しており、その場合、半導体層は化合物GaAsから成るものである。換言すれば、接続コンタクト構造は、少なくとも部分的に又は完全に、pドープ型半導体層との素材結合による結合部を形成している。
1つの実施の形態においては、保護ダイオード及び多接合型太陽電池の接続コンタクト構造が同一の層列を有している。2つの層スタックが共通の繋がった層として、有利にはエピタキシャルに成長されており、それらの層が成長し終わった後で初めて、メサエッチングによって2つのスタックに離隔されていると解される。
1つの有利な発展形態においては、保護ダイオード構造及び多接合型太陽電池は半導体ミラーを含んでおり、その場合、半導体ミラーの複数の層は、1E17/cm3よりも高いドーピングを有している。そのような高いドーピングによって、半導体ミラーは比較的低い抵抗を有している。有利には、半導体ミラーは隣接する2つのセル間に形成されている。
1つの発展形態においては、保護ダイオードの表面は、多接合型太陽電池の裏面とは導電的に接続されていない。これに対して、保護ダイオード構造は別のウェハの多接合型太陽電池と接続されている。つまり、既存のウェハの保護構造は、後続のウェハ、有利には直接隣接しているウェハの太陽電池構造を保護する。
以下では、添付の図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。図中、同種の部分には同一の参照符号を付している。図示されている実施の形態は、非常に概略的に示されたものであって、従って、間隔また水平方向及び垂直方向における寸法は縮尺通りではないので、別個に記載しない限りは、導き出される相互の幾何学的な関係も有していない。
本発明による第1の実施の形態の横断面図を示す。 図1に示した横断面図の詳細な実施の形態を示す。
図1には、太陽電池装置SVの本発明による第1の実施の形態の横断面図が示されており、この太陽電池装置SVは、多接合型太陽電池MS及び保護ダイオード構造SDを備えている。多接合型太陽電池MS及び保護ダイオード構造SDは、共通の裏面RFと、メサトレンチMGによって離隔されている表面と、を有している。共通の裏面RFは、導電層MRを含んでいる。多接合型太陽電池MSは、表面の最も近くに配置されているトップセルSC1と、ミドルセルSC2と、裏面の最も近くに配置されているボトムセルSC3と、を有する、複数のセルSC1,SC2,SC3から成るスタックを含んでいる。各セルSC1,SC2,SC3はnp接合部(図示せず)を含んでいる。隣接するセル間、即ち、SC1とSC2との間及びSC2とSC3との間には、トンネルダイオードTDがそれぞれ配置されている。
確かに、保護ダイオード構造SDにおける半導体層の数は、多接合型太陽電池MSにおける半導体層の数よりも少ないが、しかしながら、保護ダイオード構造SDに残存する一連の半導体層は、多接合型太陽電池MSの一連の半導体層と同一である。保護ダイオード構造SDは、上部保護ダイオードD1と、裏面の最も近くに配置されている下部保護ダイオードD2と、を含んでいる。2つの保護ダイオードD1,D2間には、トンネルダイオードTDが配置されている。
保護ダイオード構造SDにおけるnp接合部の数は、多接合型太陽電池MSにおけるnp接合部の数よりも1だけ少ない。
多接合型太陽電池MSの表面及び保護ダイオード構造SDの表面には、複数の金属層(図示せず)から成る接続コンタクト構造Mが形成されている。多接合型太陽電池MSにおいては、接続コンタクト構造Mの下に、複数の半導体層(図示せず)から成る導電性コンタクト層Cが形成されている。複数の半導体層は、トンネルダイオードTDを含んでいる。接続コンタクト構造MとトンネルダイオードTDとの間には、pドープ型半導体層PHLが、コンタクト層Cの一部として形成されている。
保護ダイオード構造SDにおいては、接続コンタクト構造Mの下に、複数の半導体層(詳細には図示せず)から成る導電性コンタクト層C1が形成されている。複数の半導体層は、トンネルダイオードTDを含んでいる。接続コンタクト構造MとトンネルダイオードTDとの間には、pドープ型半導体層PHL1がコンタクト層C1の一部として形成されている。
図2には、図1に示した横断面図の詳細な実施の形態が示されている。以下では、図1との相異点のみを説明する。
接続コンタクト構造Mは、一番上の金層と、その金層の下に位置する銀層と、その銀層の下に位置する、AuZn合金から成る層と、から形成されている。多接合型太陽電池MSにおいては、AuZn層の下に、GaAs化合物から成る、pドープ型半導体層PHLが形成されており、また、保護ダイオード構造SDにおいては、AuZn層の下に、p型GaInP化合物から成る、pドープ型半導体層PHL1が形成されている。多接合型太陽電池MSにおいては、トンネルダイオードTDの下に、コンタクト層Cに属するnドープ型GaAs層が設けられているが、これに対し、保護ダイオード構造SDにおいては、トンネルダイオードTDの下に位置するnドープ型のn型GaInAs層が既に上部保護ダイオードに属しているので、従って、このn型GaInAs層はもはやコンタクト層C1には含まれていない。
コンタクト層Cの下において、太陽電池スタックMSは、nドープ型GaInPエミッタ層と、pドープ型GaInPベース層と、を含んでいる、トップセルSC1を有している。トンネルダイオードTDの下において、ミドルセルSC2は、nドープ型InGaAsエミッタ層と、pドープ型InGaAsベース層と、を有している。トンネルダイオードTDの下において、ボトムセルSC3は、nドープ型Geエミッタ層と、pドープ型Geベース層と、を有している。
コンタクト層C1におけるトンネルダイオードTDの下において、保護ダイオード構造SDは、nドープ型InGaAs層と、pドープ型InGaAs層と、を含んでいる、上部保護ダイオードD1を有している。トンネルダイオードTDの下において、下部保護ダイオードD2は、nドープ型Ge層と、pドープ型Ge層と、を有している。pドープ型Geベース層は、太陽電池スタックMS及び保護ダイオード構造SDに共通する層を表している。
pドープ型Geベース層の下には、裏面の接続コンタクトMRのための金−ゲルマニウム層AU/GEが形成されている。金−ゲルマニウム層AU/GEの下にはAG層が形成されており、またAG層の下にはAU層が形成されている。
ここで、この実施の形態はn個のセルSCn(図示せず)を有することもできることを言及しておく。但し、nは3より大きい自然数である。保護ダイオードD1,D2,DNの数Nは、少なくとも、セルの数nよりも1だけ少ない。つまり、ダイオードの数に関しては、N=n−1が成り立つ。

Claims (12)

  1. 多接合型太陽電池(MS)及び保護ダイオード構造(SD)を備えている太陽電池装置(SV)であって、
    前記多接合型太陽電池(MS)及び前記保護ダイオード構造(SD)は、共通の裏面(RF)と、メサトレンチ(MG)によって離隔されている表面と、を有しており、
    前記共通の裏面(RF)は、導電層を含んでおり、
    光は前記表面を介して前記多接合型太陽電池(MS)に入射し、
    前記多接合型太陽電池(MS)は、複数のセル(SC1,SC2,SC3)から成るスタックを含んでおり、前記表面の最も近くに配置されているトップセル(SC1)及び前記裏面の最も近くに配置されているボトムセル(SC3)を有しており、各セル(SC1,SC2,SC3)はnp接合部を含んでおり、隣接するセル間にはトンネルダイオード(TD)が配置されており、
    前記保護ダイオード構造(SD)における半導体層の数は、前記多接合型太陽電池(MS)における半導体層の数よりも少ないが、しかしながら、前記保護ダイオード構造(SD)に残存する一連の半導体層は、前記多接合型太陽電池(MS)の一連の半導体層と一致しており、
    前記保護ダイオード構造(SD)においては、少なくとも、上部保護ダイオード(D1)と、前記裏面の最も近くに配置されている下部保護ダイオード(D2)と、が形成されており、隣接する保護ダイオード(D1,D2)間には、トンネルダイオード(TD)が配置されており、
    前記保護ダイオード構造(SD)におけるnp接合部の数は、少なくとも、前記多接合型太陽電池(MS)におけるnp接合部の数よりも1だけ少ない、太陽電池装置(SV)において、
    前記多接合型太陽電池(MS)の表面及び前記保護ダイオード構造(SD)の表面には、1つ以上の金属層を含んでいる接続コンタクト構造(M)が形成されており、且つ、該接続コンタクト構造(M)の下には、複数の半導体層から成る導電性のコンタクト層(C,C1)が形成されており、前記複数の半導体層は、トンネルダイオード(TD)を含んでいることを特徴とする、
    太陽電池装置(SV)。
  2. 前記接続コンタクト構造(M)と前記トンネルダイオード(TD)との間には、pドープ型半導体層(PHL,PHL1)が、前記コンタクト層(C,C1)の一部として形成されている、
    請求項1に記載の太陽電池装置(SV)。
  3. 前記pドープ型半導体層は、化合物GaInP及び/又はGaAsを含んでいる、
    請求項2に記載の太陽電池装置(SV)。
  4. 前記接続コンタクト構造(M)は、AuZn合金から成る層及び/又はAgの化合物から成る層及び/又はAuの化合物から成る層及び/又はZn合金から成る層を含んでいる、
    請求項1乃至3のいずれか1項に記載の太陽電池装置(SV)。
  5. 前記トンネルダイオード(TD)は、負にドープされた少なくとも1つの層と、正にドープされた層と、から形成されており、
    負のドーピングは、元素Si及び/又はTe及び/又はSeによって実現されており、及び/又は、正のドーピングは、元素C及び/又はZn及び/又はMgによって実現されており、
    各層のドーパント濃度は1×1018cm-3よりも高い、
    請求項1乃至4のいずれか1項に記載の太陽電池装置(SV)。
  6. トンネルダイオード(TD)は、前記トップセル(SC1)と前記接続コンタクト構造(M)との間に形成されており、
    前記トンネルダイオード(TD)は、上下に重なって配置されており、且つ、GaAs化合物から成る少なくとも2つの層から形成されている、及び/又は、前記2つの層のうちの少なくとも1つの層は、1%から40%の間のアルミニウム含有率を有している、
    請求項1乃至5のいずれか1項に記載の太陽電池装置(SV)。
  7. 前記多接合型太陽電池(MS)はミドルセル(SC2)を有しており、前記トップセル(SC1)はGaInPを含んでおり、前記ミドルセル(SC2)はGaAs又はGaInAsを含んでおり、前記ボトムセル(SC3)はGeを含んでいる、
    請求項1乃至6のいずれか1項に記載の太陽電池装置(SV)。
  8. 前記多接合型太陽電池(MS)は、4つ以上のセル(SC1,SC2;SC3,SCn)を含んでいる、
    請求項1乃至7のいずれか1項に記載の太陽電池装置(SV)。
  9. 前記保護ダイオード構造(SD)の前記接続コンタクト構造(M)は、少なくとも部分的に、正にドープされた半導体層に直接接しており、該半導体層は、化合物GaInP及び/又はAlGaAsから形成されている、及び/又は、
    前記多接合型太陽電池(MS)の前記接続コンタクト構造(M)は、少なくとも部分的に、正にドープされた半導体層に直接接しており、該半導体層は化合物GaAsから形成されている、
    請求項1乃至8のいずれか1項に記載の太陽電池装置(SV)。
  10. 前記保護ダイオード構造(SD)及び前記多接合型太陽電池(MS)の前記接続コンタクト構造(M)は同一の層列を有している、
    請求項1乃至9のいずれか1項に記載の太陽電池装置(SV)。
  11. 前記保護ダイオード構造(SD)及び前記多接合型太陽電池(MS)は半導体ミラーを含んでおり、該半導体ミラーの層は、1E17/cm3よりも高いドーパント濃度を有している、
    請求項1乃至10のいずれか1項に記載の太陽電池装置(SV)。
  12. 前記保護ダイオードの表面は、前記多接合型太陽電池(MS)の裏面とは導電的に接続されていない、
    請求項1乃至11のいずれか1項に記載の太陽電池装置(SV)。
JP2016040132A 2015-03-02 2016-03-02 太陽電池装置 Active JP6312727B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015002513.9A DE102015002513A1 (de) 2015-03-02 2015-03-02 Solarzellenvorrichtung
DE102015002513.9 2015-03-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016163046A true JP2016163046A (ja) 2016-09-05
JP6312727B2 JP6312727B2 (ja) 2018-04-18

Family

ID=55361314

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016040132A Active JP6312727B2 (ja) 2015-03-02 2016-03-02 太陽電池装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10763385B2 (ja)
EP (1) EP3065177B1 (ja)
JP (1) JP6312727B2 (ja)
CN (1) CN105938854B (ja)
DE (1) DE102015002513A1 (ja)
RU (1) RU2625263C1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107068786A (zh) * 2016-12-28 2017-08-18 中国电子科技集团公司第十八研究所 太阳电池集成式双结二极管的结构设计及制造方法
EP3442036B1 (de) 2017-08-09 2020-06-24 AE 111 Autarke Energie GmbH Optoelektronisches halbleiterbauelement
DE102018001181B3 (de) * 2018-02-15 2019-07-11 Azur Space Solar Power Gmbh Sonnenstandssensor

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6395679A (ja) * 1986-10-09 1988-04-26 Mitsubishi Electric Corp GaAs太陽電池の製造方法
JPH0955522A (ja) * 1995-08-10 1997-02-25 Japan Energy Corp トンネルダイオード
JP2000340823A (ja) * 1999-05-11 2000-12-08 Angewandte Solarenergie Ase Gmbh 太陽電池及び太陽電池の製造方法
JP2002517098A (ja) * 1998-05-28 2002-06-11 テクスター パワー システムズ インコーポレイテッド バイパスダイオードを有する太陽電池
JP2002535851A (ja) * 1999-01-25 2002-10-22 マルコニ アップライド テクノロジーズ リミテッド 太陽電池配列
US20020164834A1 (en) * 1999-07-14 2002-11-07 Boutros Karim S. Monolithic bypass-diode and solar-cell string assembly
US20070256730A1 (en) * 2004-05-12 2007-11-08 Gerhard Strobl Solar Cell with Integrated Protective Diode
US20080149173A1 (en) * 2006-12-21 2008-06-26 Sharps Paul R Inverted metamorphic solar cell with bypass diode
US8604330B1 (en) * 2010-12-06 2013-12-10 4Power, Llc High-efficiency solar-cell arrays with integrated devices and methods for forming them

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4011145A1 (de) * 1990-04-06 1991-10-10 Telefunken Electronic Gmbh Lumineszenz-halbleiterelement
US6278054B1 (en) * 1998-05-28 2001-08-21 Tecstar Power Systems, Inc. Solar cell having an integral monolithically grown bypass diode
JP3657143B2 (ja) * 1999-04-27 2005-06-08 シャープ株式会社 太陽電池及びその製造方法
DE10056214A1 (de) * 1999-05-11 2002-05-29 Rwe Solar Gmbh Solarzelle sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen
US6680432B2 (en) * 2001-10-24 2004-01-20 Emcore Corporation Apparatus and method for optimizing the efficiency of a bypass diode in multijunction solar cells
US20060048811A1 (en) * 2004-09-09 2006-03-09 Krut Dimitri D Multijunction laser power converter
DE102004055225B4 (de) 2004-11-16 2014-07-31 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Anordnung mit Solarzelle und integrierter Bypass-Diode
DE102007011403A1 (de) * 2007-03-08 2008-09-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Frontseitig serienverschaltetes Solarmodul
RU2366035C1 (ru) * 2008-05-14 2009-08-27 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН Способ получения структуры многослойного фотоэлектрического преобразователя
US8703521B2 (en) * 2009-06-09 2014-04-22 International Business Machines Corporation Multijunction photovoltaic cell fabrication
US8609984B2 (en) * 2009-06-24 2013-12-17 Florida State University Research Foundation, Inc. High efficiency photovoltaic cell for solar energy harvesting
US9337360B1 (en) * 2009-11-16 2016-05-10 Solar Junction Corporation Non-alloyed contacts for III-V based solar cells
DE102011115340A1 (de) * 2011-10-07 2013-04-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Halbleiterbauelement im Mehrschichtaufbau und hieraus gebildetes Modul
EP2947703B1 (de) * 2014-05-21 2019-04-17 AZUR SPACE Solar Power GmbH Solarzellenstapel

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6395679A (ja) * 1986-10-09 1988-04-26 Mitsubishi Electric Corp GaAs太陽電池の製造方法
JPH0955522A (ja) * 1995-08-10 1997-02-25 Japan Energy Corp トンネルダイオード
JP2002517098A (ja) * 1998-05-28 2002-06-11 テクスター パワー システムズ インコーポレイテッド バイパスダイオードを有する太陽電池
JP2002535851A (ja) * 1999-01-25 2002-10-22 マルコニ アップライド テクノロジーズ リミテッド 太陽電池配列
JP2000340823A (ja) * 1999-05-11 2000-12-08 Angewandte Solarenergie Ase Gmbh 太陽電池及び太陽電池の製造方法
US20020164834A1 (en) * 1999-07-14 2002-11-07 Boutros Karim S. Monolithic bypass-diode and solar-cell string assembly
US20070256730A1 (en) * 2004-05-12 2007-11-08 Gerhard Strobl Solar Cell with Integrated Protective Diode
JP2007537584A (ja) * 2004-05-12 2007-12-20 アズール・スペース・ソーラー・パワー・ゲーエムベーハー 組み込まれた保護ダイオードを有するソーラーセル
US20080149173A1 (en) * 2006-12-21 2008-06-26 Sharps Paul R Inverted metamorphic solar cell with bypass diode
US8604330B1 (en) * 2010-12-06 2013-12-10 4Power, Llc High-efficiency solar-cell arrays with integrated devices and methods for forming them

Also Published As

Publication number Publication date
RU2625263C1 (ru) 2017-07-12
EP3065177B1 (de) 2022-01-26
CN105938854B (zh) 2017-11-07
DE102015002513A1 (de) 2016-09-08
US10763385B2 (en) 2020-09-01
CN105938854A (zh) 2016-09-14
US20160260860A1 (en) 2016-09-08
EP3065177A1 (de) 2016-09-07
JP6312727B2 (ja) 2018-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9508881B2 (en) Transparent contacts for stacked compound photovoltaic cells
JP6194283B2 (ja) 多接合ソーラーセル及びその形成方法
CA2565911C (en) Solar cell with integrated protective diode
US7759572B2 (en) Multijunction solar cell with a bypass diode having an intrinsic layer
JP5390069B2 (ja) バイパスダイオードを有するソーラーセルのビア構造
US7462889B2 (en) Avalanche photodiode
US20100186804A1 (en) String Interconnection of Inverted Metamorphic Multijunction Solar Cells on Flexible Perforated Carriers
US20100282305A1 (en) Inverted Multijunction Solar Cells with Group IV/III-V Hybrid Alloys
JP2009076921A (ja) 多接合ソーラーセル及びその製造方法
JP2007110123A (ja) 一体型バイパスダイオードを含む太陽電池における信頼性のある内部接続
JP6312727B2 (ja) 太陽電池装置
JP2016092037A (ja) 半導体積層体、受光素子およびセンサ
CN105261662A (zh) 一种具有扩散结旁路二极管的太阳电池芯片
US10361326B2 (en) Advanced CPV solar cell assembly process
US20150034152A1 (en) Solar cell with passivation on the window layer
US20170294547A1 (en) Semiconductor layered structure, photodiode and sensor
KR20180129131A (ko) 화합물 반도체 태양전지
US20150034155A1 (en) Optoelectronic device and the manufacturing method thereof
JP5639657B2 (ja) 太陽電池セル
JP5868661B2 (ja) バイパスダイオードおよびその製造方法
US20180301580A1 (en) Compound semiconductor solar cell
US20180248059A1 (en) Compound semiconductor solar cell and method of manufacturing the same
US20140093995A1 (en) Method of Hybrid Stacked Chip for a Solar Cell
KR20150014298A (ko) 화합물 반도체 태양 전지
KR102559479B1 (ko) 화합물 반도체 태양전지의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161212

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161220

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20170222

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20170321

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170512

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171016

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20180112

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180219

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180312

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180320

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6312727

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250