WO2023037326A1 - Tandem solar cell - Google Patents

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WO2023037326A1
WO2023037326A1 PCT/IB2022/058557 IB2022058557W WO2023037326A1 WO 2023037326 A1 WO2023037326 A1 WO 2023037326A1 IB 2022058557 W IB2022058557 W IB 2022058557W WO 2023037326 A1 WO2023037326 A1 WO 2023037326A1
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tandem solar
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Mirko Kehr
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Meyer Burger (Germany) Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a tandem solar cell composed of at least two partial solar cells monolithically stacked one on top of the other.
  • a tandem solar cell consists of two or more partial solar cells stacked on top of each other.
  • the uppermost partial solar cell facing the light, the so-called top cell, of the tandem solar cell absorbs short-wave, high-energy light and lets long-wave, low-energy light through to the at least one partial solar cell located below.
  • the respective sub-solar cell arranged underneath absorbs part of the light spectrum up to a limit wavelength determined by the band gap of the semiconductor material of this sub-solar cell.
  • partial solar cells are combined from different semiconductor materials or combinations or crystallinity, which each have optimal band gaps for individual spectral ranges. With such an arrangement, it is possible to increase the efficiency compared to conventional single solar cells, not only by expanding the absorption range, but also by increasing the efficiency of converting sunlight into electricity.
  • tandem solar cell consists of three stacked partial solar cells made of GalnP, GalnAs and Ge.
  • New concepts of tandem solar cells are based on a combination of a silicon base partial solar cell with partial solar cells arranged on top made of A(III)-B(V) compound semiconductors or perovskites, which means that overall efficiencies of tandem solar cells of over 30% can be achieved in the future.
  • Such a tandem solar cell is described, for example, in publication US 2020/0058819 A1, in which case a silicon-based partial solar cell with a heterojunction and a perovskite partial isolar cell above it are used.
  • the publication US 2019/0035964 A1 also discloses a tandem solar cell.
  • the tandem solar cell has a lower silicon solar cell on whose front side an upper solar cell is stacked, which can have a perovskite junction, for example.
  • the upper solar cell has horizontally spaced back contact electrodes, a heterocontact consisting of a first material and a second material and front contact electrodes horizontally spaced from each other.
  • An insulator layer is formed between the lower silicon solar cell and the upper solar cell.
  • the heterocontact has an alternating layer structure, so that on the one hand the front contact electrodes are in alternating contact with the rear contact electrodes via electrically conductive channels running vertically through the layer structure of the upper solar cell and on the other hand the first material of the heterocontact.
  • insulating channels filled with insulator material run through the layer structure of the upper solar cell, starting from the front contact electrodes to the insulator layer. These isolation channels electrically isolate the back contact electrodes from each other.
  • the publication US 2017/0213933 A1 also describes a tandem solar cell consisting of two partial solar cells with an insulator layer located between them.
  • one of the partial solar cells can have a substrate on which horizontally spaced lower electrodes, then a first semiconductor layer, then a second semiconductor layer, upper electrodes thereon and collector electrodes thereon are arranged.
  • the collector electrodes are each electrically connected to the lower electrodes via connection conductors formed in vertical channels and passing through the upper electrodes, the second semiconductor layer and the first semiconductor layer.
  • Perovskites are made from components such as metal salts that are readily available and inexpensive. They can also be significantly thinner than silicon layers in solar cells and still have high absorption, so that the light, thin solar cells made from them are particularly suitable for use on curved surfaces or can be folded.
  • a disadvantage of perovskite is its low stability. The components it contains are sensitive to environmental influences. The solar cells in question are therefore laminated with suitable plastic films and/or glasses to form solar modules using pressure and temperature. On the one hand, the laminate forms a barrier against environmental influences and at the same time ensures the mechanical stability of the solar modules. Due to the mechanical instability of perovskite, however, the solar cells can fail during lamination due to the pressure used or subsequently due to thermal stresses during operation of the solar module.
  • tandem solar cell made of at least two partial solar cells monolithically stacked one on top of the other, in which at least one of the partial solar cells has a supporting structure which has at least one supporting trench that passes through a layered structure of this partial solar cell and is filled with a supporting material, the at least one supporting trench is hole-shaped in a sectional plan view of a light incidence side of the tandem solar cell, and the support material is a dielectric material.
  • the at least one supporting trench runs through the entire layer sequence of the partial solar cell, ie also through those layers of the partial solar cell that have low mechanical stability.
  • the at least one support trench is filled with the support material, so it is itself mechanically stable. As a result, it acts like a sleeve or a pot or some other container between the electronically active area(s) of the partial solar cell.
  • the sleeve, pot or other container is filled with the support material and thus forms a rod, cylinder or screen structure within the partial solar cell.
  • the at least one supporting structure of the tandem solar cell according to the invention has a purely supporting function.
  • tandem solar cell is also not divided into cell areas by the at least one support structure.
  • the support trench filled with the support material has no electrically insulating function and effect within the tandem solar cell and/or with respect to other components.
  • that partial solar cell which has the support structure is preferably the top cell of the tandem solar cell that is arranged at the top.
  • the support structure can also be provided for several upper partial solar cells or only for one or more middle partial solar cells.
  • the lowermost partial solar cell or several lower partial solar cells of the tandem solar cell it is also possible for the lowermost partial solar cell or several lower partial solar cells of the tandem solar cell to be provided with the support structure.
  • the tandem solar cell has at least one mechanically stable substrate or at least one other mechanically stable structure, such as a basic partial solar cell made of silicon or another stable semiconductor material, on which the support structure can be supported.
  • the at least one support trench can be created, for example, by masking during the deposition of the layers of the layer stack of the solar cell part to be supported with the support structure and/or by evaporating areas of the layers of the layer stack of the solar cell part to be supported with the support structure by means of a laser or electron beam after their deposition and/or by mechanically removing areas of the layers of the layer stack of the partial solar cell to be supported by the support structure by means of scratching, rubbing, scraping or by contact with adhesive elements.
  • the at least one supporting trench is in the form of a hole, in each case in a plan view of a light incidence side of the tandem solar cell.
  • one A hole is understood to be a trench that passes through several layers of the tandem solar cell and is completely surrounded laterally by the material of these layers. Due to its location in the middle of the material of these layers, it is not suitable for electrically isolating areas of the tandem solar cell from one another.
  • the at least one supporting trench has the shape of a well, for example.
  • the at least one supporting trench can be designed, for example, in a sectional top view of the tandem solar cell, round or as a slot with the same or alternating orientation. In principle, however, the at least one supporting trench can have any geometric shape. For example, it can also have a rectangular cross section in the top view of the light incidence side of the tandem solar cell.
  • the tandem solar cell particularly preferably has a plurality of supporting trenches arranged in a regular arrangement.
  • the support trenches are formed separately from each other. They do not form a frame and also do not cut through layer sequences of the tandem solar cell in such a way that these are electrically and/or physically isolated from adjacent layer sequences and correspondingly separate cell areas of the tandem solar cell are formed.
  • these supporting trenches can each be arranged at crossing points of an imaginary planar cubic, tetragonal or hexagonal lattice.
  • the crossing points are not connected to each other.
  • the period length of such a grating is preferably less than 10 mm.
  • the support structure also has at least one support layer which is materially bonded to the support material located in the at least one support trench and is flat above and/or below the layer structure of the partial solar cell through which the at least one support trench passes. extends.
  • all trench structures of the at least one support trench are connected to one another by the continuous support layer, so that the respective trench structures do not slip relative to one another even if at least one layer of the layer structure of the isolar cell parts has low mechanical stability.
  • the at least one support layer can be located both above and below the stack of layers to be supported. The support layer thereby connects all trench structures of the at least one support trench to form a single support structure in a materially bonded manner by connecting all the trench structures of the at least one support trench to one another like a bridge.
  • the supporting layer is formed from the same supporting material with which the at least one supporting trench is also filled.
  • both the at least one support trench can be filled and the support layer, which can also serve as a protective and anti-reflection layer, can be produced with one and the same deposition process.
  • the support material is preferably a mechanically stable, diffusion-tight or at least strongly diffusion-inhibiting material.
  • the support material is preferably a dielectric material, particularly preferably an electrically insulating material.
  • the support material should have optical properties matched to the stack of layers it supports, ie if possible have an optical transparency in the order of an average value of the optical transparency of this stack of layers, so that it does not shadow this stack of layers too much.
  • the support material can be, for example, a nitride such as aluminum nitride or silicon nitride, an oxide such as aluminum oxide or silicon oxide, an oxynitride such as aluminum oxynitride or silicon oxynitride, and/or a polymer.
  • the supporting layer is particularly preferably a protective and/or antireflection layer of the at least one partial solar cell having the supporting structure.
  • the protective and/or antireflection layer is that layer or layer sequence which is on top of the respective partial solar cell, i. H. also lies on the contacting layer or the contacting layer with the contacts of the respective partial solar cell and is produced by means of layer deposition.
  • the support material is to be selected in such a way that it not only has the required mechanical stability, but also represents a moisture diffusion barrier and/or has anti-reflective properties.
  • the geometric shape of the at least one support trench and the respective spacing between individual trench structures of the at least one support trench are preferably selected as a function of the micromechanical properties of the support layer used. If, for example, the individual trench structures of the at least one supporting trench are hole structures, they should preferably be provided in a regular hole pattern. A regular arrangement is also advantageous with other geometric configurations of the at least one supporting trench.
  • At least one layer of the layer structure of the at least one partial solar cell having the support structure is made of perovskite, which is why this partial solar cell is referred to below as a perovskite partial solar cell.
  • the tandem solar cell according to the invention makes it possible to mechanically stabilize the partial solar cell(s) that has/have at least one perovskite layer in such a way that the corresponding tandem solar cell can be laminated in without any problems, without the risk of delamination and without the electronic properties of the respective tandem solar cell being noticeably impaired.
  • the at least one perovskite partial solar cell is advantageously formed on a basic partial solar cell that does not have any perovskite.
  • the basic partial solar cell which has no perovskite or no perovskite layer, creates a stable mechanical basis for placing the perovskite partial solar cell, which is mechanically stabilized by the support structure , which typically forms the upper part of the solar cell and absorbs the short-wave light radiation.
  • the at least one supporting trench of the perovskite solar cell part ends on a contacting layer of the solar cell part, such as on an indium tin oxide layer of the solar cell part.
  • the basic partial solar cell has a heterojunction.
  • the combination of a heterojunction partial solar cell and a mechanically stabilized perovskite partial solar cell means that long-lasting tandem solar cells with a very high level of efficiency can be formed.
  • FIG. 1 schematically shows an embodiment of a tandem solar cell according to the invention in cross section; and FIGS. 2 to 5 show schematic plan views of possible embodiments of tandem solar cell wafers with support structures introduced therein.
  • FIG. 1 schematically shows a possible embodiment of a tandem solar cell 1 according to the invention in a cross section.
  • the tandem solar cell 1 has two partial solar cells 2, 3 arranged one above the other.
  • it can also have more than two partial solar cells stacked one on top of the other.
  • the partial solar cell 2 arranged below acts as a base partial solar cell, which forms a mechanically stable basis for the construction of the upper partial solar cell 3 stacked above it.
  • the basic partial solar cell 2 has a heterojunction.
  • the basic partial solar cell 2 has an absorber 21 .
  • the absorber 21 consists of monocrystalline silicon, but in other embodiments of the invention it can also consist of a different semiconductor material and/or have another solid structure.
  • the absorber 21 can be textured on one or both sides.
  • the absorber 21 is of a first conductivity type.
  • the absorber 21 is n-doped, but can also be p-doped in other embodiments of the invention.
  • a lower front-side doping layer 22 is located on a front side of the absorber 21.
  • the lower front-side doping layer 22 is a doped amorphous semiconductor layer, particularly preferably an amorphous silicon layer saturated with hydrogen.
  • the lower front-side doping layer 22 is of the same first conductivity type as the absorber 21 , that is to say n-doped, but has a higher doping than the absorber 21 . In the embodiment shown, it forms an emitter of the basic partial solar cell 2 .
  • the lower front side doping layer 22 can also have a conductivity type that is opposite to the conductivity type of the absorber 21, that is to say it can be p-doped in the example shown.
  • a lower intrinsic layer on the front side i. H. an intrinsic amorphous semiconductor layer, preferably made of amorphous silicon, may be provided.
  • a lower front-side wiring layer 24 lies on the lower front-side doping layer 22.
  • the lower front-side wiring layer 24 is formed of electrically conductive, transparent material, such as indium tin oxide.
  • a lower protective and/or antireflection layer 26 is formed on the lower front-side conduction layer 24 of the base partial solar cell 2 .
  • a lower rear side doping layer 23 is located on a rear side of the absorber 21.
  • the lower rear side doping layer 23 is a doped amorphous semiconductor layer, particularly preferably an amorphous silicon layer saturated with hydrogen.
  • the lower rear side doping layer 23 is of a conductivity type which is opposite to the first conductivity type of the absorber 21, ie p-doped. In the embodiment shown, it forms a collector of the base partial solar cell 2 .
  • the lower rear-side doping layer 23 can also be of the same conductivity type as the absorber 21, that is to say it can be n-doped in the example shown, but have a higher doping than the absorber 21.
  • a lower intrinsic layer on the rear side i. H. an intrinsic amorphous semiconductor layer, preferably made of amorphous silicon, may be provided.
  • a lower backside wiring layer 25 lies on the lower backside doping layer 22.
  • the lower backside wiring layer 25 is formed of electrically conductive, transparent material, such as indium tin oxide.
  • rear side contacts 27 of the basic partial solar cell 2 which are printed silver contacts in the exemplary embodiment shown.
  • the layer structure of the upper partial solar cell 3 of the tandem solar cell 1 is built up on the lower protective and/or anti-reflection layer 26 of the base partial solar cell 2 .
  • a support structure 4 of the upper partial solar cell 3 extends in the form of at least one supporting trench 40, 40' filled with a supporting material 41 through the layer structure of the upper partial solar cell 3 described below and also through the lower protective and/or anti-reflection layer 26 of the base partial solar cell 2 and over the entire upper partial solar cell 3 in the form of a support layer 42 consisting of the support material 41 .
  • the support structure 4 can only consist of support trenches 40, 40' filled with support material 41, i. H. be formed without a support layer located above and/or below.
  • the upper partial solar cell 3 has an absorber having perovskite, referred to below as perovskite layer 31 .
  • the absorber of the upper partial solar cell 3 can also have at least one further material layer, such as a salt layer.
  • An upper front-side doping layer 32 lies on a front side of the perovskite layer 31.
  • the upper front-side doping layer 32 is a doped amorphous semiconductor layer.
  • the upper front side doping layer 32 is n-doped. In the embodiment shown, it forms an emitter of the upper partial solar cell 3 .
  • the upper front side doping layer 32 can also be p-doped.
  • an upper front side intrinsic layer i. H. an intrinsic amorphous semiconductor layer.
  • an upper front-side conductive layer 34 lies on the upper front-side doping layer 32.
  • the upper front-side conductive layer 24 is formed from an electrically conductive, transparent material, such as indium tin oxide.
  • At least one further electrically conductive, transparent layer can be provided between the upper front-side doping layer 32 and the upper front-side conduction layer 34 .
  • front side contacts 37 of the tandem solar cell 1 are printed silver contacts in the exemplary embodiment shown.
  • An upper protective and/or anti-reflection layer is formed on the upper front-side line layer 34 and the front-side contacts 37 , which also acts as a support layer 42 in the present case.
  • the supporting layer 42 consists of the supporting material 41, which also forms the filling of the at least one supporting trench 40, 40′ and which is formed from a dielectric material in the exemplary embodiment shown, but can also be formed from a polymer.
  • the support layer 42 can also consist of a different material than the support material used to fill the at least one support trench 40, 40' 41 exist.
  • the support layer 42 can also be omitted or replaced by another layer or layer sequence or structure.
  • the upper rear side doping layer 33 is a doped amorphous semiconductor layer.
  • the upper rear-side doping layer 33 is p-doped. In the embodiment shown, it forms a collector of the partial solar cell 3 .
  • the upper rear side doping layer 33 can also be n-doped.
  • an upper rear side intrinsic layer i. H. an intrinsic amorphous semiconductor layer.
  • the upper rear-side doping layer 33 lies directly on the lower protective and/or anti-reflection layer 26 of the base partial solar cell 2 .
  • the upper rear-side conduction layer of the upper partial solar cell 3 is formed here by the lower front-side conduction layer 24 of the base partial solar cell 2 .
  • the at least one supporting trench 40, 40' is formed by a plurality of holes running through the layer sequence of the upper partial solar cell 3.
  • the holes are filled with the support material 41, which in the exemplary embodiment shown also forms the material of the protective and/or anti-reflection layer of the upper partial solar cell 3 and thus merges directly into this layer here.
  • the protective and/or anti-reflection layer of the upper partial solar cell 3 acting as a support layer 42 forms a bridge which materially connects all support trench structures or holes filled with the support material 42 to one another.
  • FIGS. 5a, 5b, 5c, 5d show schematic top views of tandem solar cell wafers 5a, 5b, 5c, 5d with support structures 4 introduced therein.
  • the tandem solar cell wafers 5a, 5b, 5c, 5d each have a plurality of tandem solar cells 1 designed according to the invention distributed over their surface according to FIG. 1, the tandem solar cells 1 not being shown in FIGS. 5a, 5b, 5c, 5d for the sake of clarity.
  • the support structures 4 each extend through the layered structures of the tandem solar cells 1.
  • the support structures 4 are designed in the form of holes, it being possible for the respective holes to have different geometric shapes when viewed from above.
  • the support structures 4, as can be seen in Figure 2 can have a round cross-section in a plan view, or, as can be seen in Figure 3, can have a rectangular or square cross-section in a plan view, or, as can be seen in Figure 4, in be designed as oblong holes in the plan view, or, as can be seen in FIG. 5, be designed as angles in the plan view.
  • the support structures 4 can also have numerous other geometric shapes, for example in the form of bars, triangles or other polygons, rhombuses, crosses or stars when viewed from above.
  • the different support structures 4 can also be provided on one and the same tandem solar cell wafer.
  • the support structures 4, as shown schematically in FIGS. 4 and 5, can be offset from one another and/or rotated in shape relative to one another.
  • the support structures 4 are arranged at the intersections of an imaginary grid, as can be seen in FIGS. 2 and 3, for example.
  • the support structures 4 are formed separately from one another, so that despite the fact that they - as explained above for Figure 1 - are filled with the dielectric support material 41 support trenches 40, 40 ', solar cell structures within the tandem solar cells 1 as the tandem solar cells 1 also do not electrically insulate one another from one another.

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Abstract

The present invention relates to a tandem solar cell made of at least two monolithically stacked partial solar cells. So as to provide a tandem solar cell with increased mechanical stability, which also allows an advantageous application of perovskite-containing solar cell structures, the invention proposes to design the tandem solar cell in such a way that at least one of the partial solar cells has a support structure comprising at least one support trench that passes through a layer structure of this partial solar cell and that is filled with a support material, the at least one support trench having a hole-like embodiment in a cut plan view of a light-incidence side of the tandem solar cell and the support material being a dielectric material.

Description

Tandem-Solarzelle tandem solar cell
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tandem-Solarzelle aus wenigstens zwei monolithisch übereinander gestapelten Teilsolarzellen. The present invention relates to a tandem solar cell composed of at least two partial solar cells monolithically stacked one on top of the other.
Eine Tandem-Solarzelle besteht aus zwei oder mehr übereinander geschichteten Teilsolarzellen. Die dem Licht zugewandte, oberste Teilsolarzelle, die sogenannte Topzelle, der Tandem-Solarzelle absorbiert kurzwelliges, hochenergetisches Licht und lässt langwelliges, niederenergetisches Licht zu der wenigstens einen darunter befindlichen Teilsolarzelle hindurch. Die jeweils darunter angeordnete Teilsolarzelle absorbiert wiederum einen Teil des Lichtspektrums bis zu einer durch die Bandlücke des Halbleitermaterials dieser Teilsolarzelle bestimmten Grenzwellenlänge. In der Tandem-Solarzelle werden Teilsolarzellen aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien oder -kombinationen oder -kri- stallinität, die für jeweils einzelne Spektral bereiche optimale Bandlücken aufweisen, kombiniert. Durch eine solche Anordnung ist es möglich, den Wirkungsgrad im Vergleich zu herkömmlichen Einzelsolarzellen zu erhöhen, indem nicht nur der Absorptionsbereich erweitert, sondern auch die Effizienz der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom erhöht wird. A tandem solar cell consists of two or more partial solar cells stacked on top of each other. The uppermost partial solar cell facing the light, the so-called top cell, of the tandem solar cell absorbs short-wave, high-energy light and lets long-wave, low-energy light through to the at least one partial solar cell located below. The respective sub-solar cell arranged underneath absorbs part of the light spectrum up to a limit wavelength determined by the band gap of the semiconductor material of this sub-solar cell. In the tandem solar cell, partial solar cells are combined from different semiconductor materials or combinations or crystallinity, which each have optimal band gaps for individual spectral ranges. With such an arrangement, it is possible to increase the efficiency compared to conventional single solar cells, not only by expanding the absorption range, but also by increasing the efficiency of converting sunlight into electricity.
Die am meisten bekannte Tandem-Solarzelle besteht aus drei übereinander gestapelten Teilsolarzellen aus GalnP, GalnAs und Ge. Neue Konzepte von Tandem-Solarzellen basieren auf einer Kombination einer Silizium-Basis-Teilsolarzelle mit darüber angeordneten Teilsolarzellen aus A(lll)-B(V)-Verbindungshalbleitern oder Perowskiten, wodurch perspektivisch Gesamtwirkungsgrade von Tandem-Solarzellen von über 30 % erreichbar sind. Eine solche Tandem-Solarzelle ist beispielsweise in der Druckschrift US 2020/0058819 A1 beschrieben, wobei hier eine Silizium-Basis-Teilsolarzelle mit einem Hetero-Übergang und darüber eine Perowskit-Tei Isolarzelle verwendet werden. The best-known tandem solar cell consists of three stacked partial solar cells made of GalnP, GalnAs and Ge. New concepts of tandem solar cells are based on a combination of a silicon base partial solar cell with partial solar cells arranged on top made of A(III)-B(V) compound semiconductors or perovskites, which means that overall efficiencies of tandem solar cells of over 30% can be achieved in the future. Such a tandem solar cell is described, for example, in publication US 2020/0058819 A1, in which case a silicon-based partial solar cell with a heterojunction and a perovskite partial isolar cell above it are used.
Die Druckschrift US 2019/0035964 A1 offenbart auch eine Tandem-Solarzelle. Die Tandem-Solarzelle weist eine untere Silizium-Solarzelle auf, auf deren Vorderseite eine obere Solarzelle gestapelt ist, die beispielsweise einen Perowskit-Übergang aufweisen kann. Die obere Solarzelle weist voneinander horizontal beabstandete Rückkontaktelektroden, einen aus einem ersten Material und einem zweiten Material bestehenden Heterokontakt und voneinander horizontal beabstandete Frontkontaktelektroden auf. Zwischen der unteren Silizium-Solarzelle und der oberen Solarzelle ist eine Isolatorschicht ausgebildet. In einer Ausführungsform weist der Heterokontakt einen abwechselnden Schichtaufbau auf, sodass einerseits die Frontkontaktelektroden über vertikal durch den Schichtaufbau der oberen Solarzelle durchführende elektrisch leitfähige Kanäle und andererseits das erste Material des Heterokontaktes abwechselnd mit den Rückkontaktelektroden in Kontakt sind. In einer weiteren Ausführungsform verlaufen mit Isolatormaterial gefüllte Isolierkanäle durch den Schichtaufbau der oberen Solarzelle ausgehend den Frontkontaktelektroden bis zu der Isolatorschicht. Diese Isolierkanäle isolieren die Rückkontaktelektroden elektrisch voneinander. The publication US 2019/0035964 A1 also discloses a tandem solar cell. The tandem solar cell has a lower silicon solar cell on whose front side an upper solar cell is stacked, which can have a perovskite junction, for example. The upper solar cell has horizontally spaced back contact electrodes, a heterocontact consisting of a first material and a second material and front contact electrodes horizontally spaced from each other. An insulator layer is formed between the lower silicon solar cell and the upper solar cell. In one embodiment, the heterocontact has an alternating layer structure, so that on the one hand the front contact electrodes are in alternating contact with the rear contact electrodes via electrically conductive channels running vertically through the layer structure of the upper solar cell and on the other hand the first material of the heterocontact. In a further embodiment, insulating channels filled with insulator material run through the layer structure of the upper solar cell, starting from the front contact electrodes to the insulator layer. These isolation channels electrically isolate the back contact electrodes from each other.
In der Druckschrift US 2017/0213933 A1 ist ebenfalls eine aus zwei Teilsolarzellen mit einer dazwischen befindlichen Isolatorschicht bestehende Tandem-Solarzelle beschrieben. Dabei kann eine der Teilsolarzellen ein Substrat aufweisen, auf dem horizontal voneinander beabstandete untere Elektroden, dann eine erste Halbleiterschicht, dann eine zweite Halbleiterschicht, darauf obere Elektroden und darauf Kollektorelektroden angeordnet sind. Die Kollektorelektroden sind jeweils über in vertikalen Kanälen ausgebildete, durch die oberen Elektroden, die zweite Halbleiterschicht und die erste Halbleiterschicht hindurchführende Verbindungsleiter mit den unteren Elektroden elektrisch verbunden. The publication US 2017/0213933 A1 also describes a tandem solar cell consisting of two partial solar cells with an insulator layer located between them. In this case, one of the partial solar cells can have a substrate on which horizontally spaced lower electrodes, then a first semiconductor layer, then a second semiconductor layer, upper electrodes thereon and collector electrodes thereon are arranged. The collector electrodes are each electrically connected to the lower electrodes via connection conductors formed in vertical channels and passing through the upper electrodes, the second semiconductor layer and the first semiconductor layer.
Perowskite werden aus Komponenten, wie beispielsweise aus Metallsalzen, hergestellt, die einfach verfügbar und preiswert sind. Sie können zudem deutlich dünner als Siliziumschichten in Solarzellen sein und dennoch eine hohe Absorption aufweisen, sodass die daraus ausgebildeten leichten, dünnen Solarzellen sich besonders für den Einsatz auf gekrümmten Flächen eignen oder gefaltet werden können. Nachteilig an Perowskit ist jedoch dessen geringe Stabilität. Die darin enthaltenen Bestandteile reagieren empfindlich auf Umwelteinflüsse. Die betreffenden Solarzellen werden deshalb unter Anwendung von Druck und Temperatur mit geeigneten Kunststofffolien und/oder Gläsern zu Solarmodulen laminiert. Das Laminat bildet dabei einerseits eine Barriere gegenüber Umwelteinflüssen und sorgt gleichzeitig für die mechanische Stabilität der Solarmodule. Aufgrund der mechanischen Instabilität von Perowskit kann es jedoch beim Laminieren durch den dabei verwendeten Druck oder nachträglich durch thermische Spannungen im Betrieb des Solarmoduls zum Versagen der Solarzellen kommen. Ähnliche Probleme gibt es beim elektrischen Kontaktieren von Perowskit aufweisenden Tandem-Solarzellen. Um diese zu lösen, schlägt die Druckschrift WO 2020/109129 A1 vor, die zu verbindenden Tandem-Solarzellen so auszubilden, dass sich die jeweils obere, Perowskit aufweisende Teilsolarzelle der Tandem-Solarzelle auf einem kleineren Bereich als die darunter liegende Teilsolarzelle erstreckt, sodass eine nicht mit der oberen Teilsolarzellenstruktur bedeckte Stufe entsteht, wobei die Stufe zunächst mit einer Isolatorschicht und dann mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen wird und nachfolgend die elektrisch leitende Schicht mit einem elektrischen Kontakt einer nächsten Tandem-Solarzelle elektrisch verbunden wird. Die Probleme, die sich durch eine Delamination der Perowskit-Tandem-Solarzellen bei Sonneneinstrahlung oder durch andere mechanische Druckeinwirkungen ergeben, werden durch diese Druckschrift jedoch nicht gelöst. Perovskites are made from components such as metal salts that are readily available and inexpensive. They can also be significantly thinner than silicon layers in solar cells and still have high absorption, so that the light, thin solar cells made from them are particularly suitable for use on curved surfaces or can be folded. However, a disadvantage of perovskite is its low stability. The components it contains are sensitive to environmental influences. The solar cells in question are therefore laminated with suitable plastic films and/or glasses to form solar modules using pressure and temperature. On the one hand, the laminate forms a barrier against environmental influences and at the same time ensures the mechanical stability of the solar modules. Due to the mechanical instability of perovskite, however, the solar cells can fail during lamination due to the pressure used or subsequently due to thermal stresses during operation of the solar module. There are similar problems with the electrical contacting of tandem solar cells having perovskite. In order to solve this, the publication WO 2020/109129 A1 proposes designing the tandem solar cells to be connected in such a way that the upper partial solar cell of the tandem solar cell, which has perovskite, extends over a smaller area than the partial solar cell below, so that a not covered with the upper partial solar cell structure step is formed, the step is first provided with an insulator layer and then with an electrically conductive layer and subsequently the electrically conductive layer is electrically connected to an electrical contact of a next tandem solar cell. However, the problems that arise as a result of delamination of the perovskite tandem solar cells when exposed to sunlight or as a result of other mechanical pressure effects are not solved by this document.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tandem-Solarzelle mit erhöhter mechanischer Stabilität zur Verfügung zu stellen, die auch eine vorteilhafte Anwendung von Perowskit enthaltenden Solarzellenstrukturen ermöglicht. It is therefore the object of the present invention to provide a tandem solar cell with increased mechanical stability, which also enables an advantageous use of solar cell structures containing perovskite.
Diese Aufgabe wird durch eine Tandem-Solarzelle aus wenigstens zwei monolithisch übereinander gestapelten Teilsolarzellen gelöst, bei der wenigstens eine der Teilsolarzellen eine Stützstruktur aufweist, die wenigstens einen, durch einen Schichtaufbau dieser Teilsolarzelle hindurchgehenden und mit einem Stützmaterial gefüllten Stützgraben aufweist, wobei der wenigstens eine Stützgraben in einer geschnittenen Draufsicht auf eine Lichteinfallsseite der Tandem-Solarzelle lochförmig ausgebildet ist und das Stützmaterial ein dielektrisches Material ist. This object is achieved by a tandem solar cell made of at least two partial solar cells monolithically stacked one on top of the other, in which at least one of the partial solar cells has a supporting structure which has at least one supporting trench that passes through a layered structure of this partial solar cell and is filled with a supporting material, the at least one supporting trench is hole-shaped in a sectional plan view of a light incidence side of the tandem solar cell, and the support material is a dielectric material.
Bei der erfindungsgemäßen Tandem-Solarzelle verläuft der wenigstens eine Stützgraben durch die gesamte Schichtfolge der Teilsolarzelle, also auch durch solche Schichten der Teilsolarzelle, die eine geringe mechanische Stabilität besitzen. Der wenigstens eine Stützgraben ist mit dem Stützmaterial gefüllt, ist also selbst mechanisch stabil. Er wirkt dadurch wie eine Hülse oder ein Topf oder ein sonstiger Behälter zwischen den elektronisch aktiven Bereiche(n) der Teilsolarzelle. Die Hülse, der Topf oder der sonstige Behälter ist mit dem Stützmaterial gefüllt und bildet somit eine Stab-, Zylinder- oder Paraventstruktur innerhalb der Teilsolarzelle. Die wenigstens eine Stützstruktur der erfindungsgemäßen Tandem-Solarzelle hat eine reine Stützfunktion. Das heißt, sie dient weder dazu noch ist sie dazu geeignet, elektrisch leitende Zellbereiche der Tandem-Solarzelle elektrisch zu verbinden oder elektrisch leitende Zellbereiche der Tandem-Solarzelle voneinander elektrisch zu isolieren. Auch wird die Tandem-Solarzelle durch die wenigstens eine Stützstruktur nicht in Zellbereiche geteilt. In the tandem solar cell according to the invention, the at least one supporting trench runs through the entire layer sequence of the partial solar cell, ie also through those layers of the partial solar cell that have low mechanical stability. The at least one support trench is filled with the support material, so it is itself mechanically stable. As a result, it acts like a sleeve or a pot or some other container between the electronically active area(s) of the partial solar cell. The sleeve, pot or other container is filled with the support material and thus forms a rod, cylinder or screen structure within the partial solar cell. The at least one supporting structure of the tandem solar cell according to the invention has a purely supporting function. This means that it neither serves nor is it suitable for electrically connecting electrically conductive cell areas of the tandem solar cell or for electrically isolating electrically conductive cell areas of the tandem solar cell from one another. The tandem solar cell is also not divided into cell areas by the at least one support structure.
Trotz dessen, dass das Stützmaterial ein dielektrisches Material ist, hat der mit dem Stützmaterial gefüllte Stützgraben keine elektrisch isolierende Funktion und Wirkung innerhalb der Tandem-Solarzelle und/oder gegenüber anderen Bauelementen. Despite the fact that the support material is a dielectric material, the support trench filled with the support material has no electrically insulating function and effect within the tandem solar cell and/or with respect to other components.
Bevorzugt ist bei der vorliegenden Erfindung diejenige Teilsolarzelle, die die Stützstruktur aufweist, die jeweils zuoberst angeordnete Topzelle der Tandem-Solarzelle. Besteht die Tandem-Solarzelle jedoch aus mehr als zwei Teilsolarzellen, kann die Stützstruktur auch bei mehreren oberen Teilsolarzellen oder nur bei einer oder mehreren mittleren Teilsolarzellen vorgesehen sein. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die unterste oder mehrere untere Teilsolarzellen der Tandem-Solarzelle mit der Stützstruktur versehen sind. In the present invention, that partial solar cell which has the support structure is preferably the top cell of the tandem solar cell that is arranged at the top. However, if the tandem solar cell consists of more than two partial solar cells, the support structure can also be provided for several upper partial solar cells or only for one or more middle partial solar cells. In principle, it is also possible for the lowermost partial solar cell or several lower partial solar cells of the tandem solar cell to be provided with the support structure.
Sinnvoll ist es jedoch, wenn die Tandem-Solarzelle wenigstens ein mechanisch stabiles Substrat oder wenigstens eine andere mechanisch stabile Struktur, wie eine aus Silizium oder einem anderen stabilen Halbleitermaterial bestehende Basis-Teilsolarzelle, aufweist, auf der sich die Stützstruktur abstützen kann. However, it makes sense if the tandem solar cell has at least one mechanically stable substrate or at least one other mechanically stable structure, such as a basic partial solar cell made of silicon or another stable semiconductor material, on which the support structure can be supported.
Der wenigstens eine Stützgraben kann beispielsweise durch Maskierung während der Abscheidung der mit der Stützstruktur zu stützenden Schichten des Schichtstapels der Teilsolarzelle und/oder durch Verdampfen von Bereichen der mit der Stützstruktur zu stützenden Schichten des Schichtstapels der Teilsolarzelle mittels Laser oder Elektronenstrahl nach deren Abscheidung und/oder durch mechanische Entfernung von Bereichen der mit der Stützstruktur zu stützenden Schichten des Schichtstapels der Teilsolarzelle mittels Kratzen, Reiben, Schaben oder durch Kontakt mit adhäsiven Elementen erzeugt werden. The at least one support trench can be created, for example, by masking during the deposition of the layers of the layer stack of the solar cell part to be supported with the support structure and/or by evaporating areas of the layers of the layer stack of the solar cell part to be supported with the support structure by means of a laser or electron beam after their deposition and/or by mechanically removing areas of the layers of the layer stack of the partial solar cell to be supported by the support structure by means of scratching, rubbing, scraping or by contact with adhesive elements.
Der wenigstens eine Stützgraben ist, jeweils in einer Draufsicht auf eine Lichteinfallsseite der Tandem-Solarzelle, lochförmig ausgebildet. Dabei wird erfindungsgemäß unter ei- nem Loch ein durch mehrere Schichten der Tandem-Solarzelle hindurchgehender, seitlich vollumfänglich von dem Material dieser Schichten umgebener Graben verstanden, der aufgrund seiner Lage inmitten des Materials dieser Schichten nicht zur elektrischen Isolation von Bereichen der Tandem-Solarzelle gegeneinander geeignet ist. Der wenigstens eine Stützgraben weist beispielsweise die Form eines Brunnens auf. Der wenigstens eine Stützgraben kann beispielsweise in einer geschnittenen Draufsicht auf die Tandem-Solarzelle rund oder als Langloch in gleicher oder wechselnder Orientierung ausgebildet sein. Grundsätzlich kann jedoch der wenigstens eine Stützgraben beliebige geometrische Formen aufweisen. Er kann beispielsweise auch einen rechteckigen Querschnitt in der Draufsicht auf die Lichteinfallsseite der Tandem-Solarzelle aufweisen. The at least one supporting trench is in the form of a hole, in each case in a plan view of a light incidence side of the tandem solar cell. According to the invention, one A hole is understood to be a trench that passes through several layers of the tandem solar cell and is completely surrounded laterally by the material of these layers. Due to its location in the middle of the material of these layers, it is not suitable for electrically isolating areas of the tandem solar cell from one another. The at least one supporting trench has the shape of a well, for example. The at least one supporting trench can be designed, for example, in a sectional top view of the tandem solar cell, round or as a slot with the same or alternating orientation. In principle, however, the at least one supporting trench can have any geometric shape. For example, it can also have a rectangular cross section in the top view of the light incidence side of the tandem solar cell.
Besonders bevorzugt weist die Tandem-Solarzelle eine Mehrzahl von in regelmäßiger Anordnung angeordneten Stützgräben auf. Die Stützgräben sind voneinander getrennt ausgebildet. Sie bilden keinen Rahmen und durchschneiden auch nicht Schichtfolgen der Tandem-Solarzelle derart, dass diese von benachbarten Schichtfolgen elektrisch und/oder physisch isoliert sind und entsprechend voneinander separierte Zellbereiche der Tandem-Solarzelle ausgebildet werden. The tandem solar cell particularly preferably has a plurality of supporting trenches arranged in a regular arrangement. The support trenches are formed separately from each other. They do not form a frame and also do not cut through layer sequences of the tandem solar cell in such a way that these are electrically and/or physically isolated from adjacent layer sequences and correspondingly separate cell areas of the tandem solar cell are formed.
Beispielsweise können diese Stützgräben jeweils an Kreuzungspunkten eines gedachten ebenen kubischen, tetragonalen oder hexagonalen Gitters angeordnet sein. Dabei sind die Kreuzungspunkte nicht miteinander verbunden. For example, these supporting trenches can each be arranged at crossing points of an imaginary planar cubic, tetragonal or hexagonal lattice. The crossing points are not connected to each other.
Die Periodenlänge eines solchen Gitters liegt dabei vorzugsweise unter 10 mm. The period length of such a grating is preferably less than 10 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Stützstruktur ferner wenigstens eine Stützschicht auf, die stoffschlüssig mit dem in dem wenigstens einen Stützgraben befindlichen Stützmaterial verbunden ist und sich flächig über und/oder unter dem Schichtaufbau der Teilsolarzelle, durch den der wenigstens eine Stützgraben hindurchgeht, erstreckt. In a preferred embodiment of the present invention, the support structure also has at least one support layer which is materially bonded to the support material located in the at least one support trench and is flat above and/or below the layer structure of the partial solar cell through which the at least one support trench passes. extends.
In dieser Ausführungsform der Erfindung sind alle Grabenstrukturen des wenigstens einen Stützgrabens durch die durchgängige Stützschicht miteinander verbunden, wodurch die jeweiligen Grabenstrukturen selbst bei geringer mechanischer Stabilität wenigstens einer Schicht des Schichtaufbaus der T ei Isolarzel I e nicht gegeneinander verrutschen. Die wenigstens eine Stützschicht kann sich sowohl über als auch unter dem zu stützenden Schichtstapel befinden. Die Stützschicht verbindet hierdurch stoffschlüssig alle Grabenstrukturen des wenigstens einen Stützgrabens zu einer einzigen Stützstruktur, indem sie wie eine Brücke alle Grabenstrukturen des wenigstens einen Stützgrabens miteinander verbindet. In this embodiment of the invention, all trench structures of the at least one support trench are connected to one another by the continuous support layer, so that the respective trench structures do not slip relative to one another even if at least one layer of the layer structure of the isolar cell parts has low mechanical stability. The at least one support layer can be located both above and below the stack of layers to be supported. The support layer thereby connects all trench structures of the at least one support trench to form a single support structure in a materially bonded manner by connecting all the trench structures of the at least one support trench to one another like a bridge.
In einer vorteilhaften Variante dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Stützschicht aus dem gleichen Stützmaterial ausgebildet, mit dem auch der wenigstens eine Stützgraben gefüllt ist. Dadurch können mit ein und demselben Abscheideprozess sowohl der wenigstens eine Stützgraben gefüllt als auch die Stützschicht, die zudem noch als Schutz- und Antireflexionsschicht dienen kann, erzeugt werden. In an advantageous variant of this embodiment of the invention, the supporting layer is formed from the same supporting material with which the at least one supporting trench is also filled. As a result, both the at least one support trench can be filled and the support layer, which can also serve as a protective and anti-reflection layer, can be produced with one and the same deposition process.
Das Stützmaterial ist bevorzugt ein mechanisch stabiles, diffusionsdichtes oder zumindest stark diffusionsbehinderndes Material. Vorzugsweise ist das Stützmaterial ein dielektrisches Material, besonders bevorzugt ein elektrisch isolierendes Material. The support material is preferably a mechanically stable, diffusion-tight or at least strongly diffusion-inhibiting material. The support material is preferably a dielectric material, particularly preferably an electrically insulating material.
Das Stützmaterial sollte auf den Schichtstapel, den es stützt, abgestimmte optische Eigenschaften aufweisen, also möglichst eine optische Transparenz in der Größenordnung eines Mittelwertes der optischen Transparenz dieses Schichtstapels besitzen, damit es nicht diesen Schichtstapel zu sehr abschattet. The support material should have optical properties matched to the stack of layers it supports, ie if possible have an optical transparency in the order of an average value of the optical transparency of this stack of layers, so that it does not shadow this stack of layers too much.
Das Stützmatenal kann beispielsweise ein Nitrid, wie Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid, ein Oxid, wie Aluminiumoxid oder Siliziumoxid, ein Oxinitrid, wie Aluminiumoxinitrid oder Siliziumoxinitrid, und/oder ein Polymer sein. The support material can be, for example, a nitride such as aluminum nitride or silicon nitride, an oxide such as aluminum oxide or silicon oxide, an oxynitride such as aluminum oxynitride or silicon oxynitride, and/or a polymer.
Besonders bevorzugt ist die Stützschicht eine Schutz- und/oder Antireflexionsschicht der wenigstens einen, die Stützstruktur aufweisenden Teilsolarzelle. The supporting layer is particularly preferably a protective and/or antireflection layer of the at least one partial solar cell having the supporting structure.
Als Schutz- und/oder Antireflexionsschicht wird in der vorliegenden Erfindung diejenige Schicht oder Schichtfolge verstanden, die zuoberst der jeweiligen Teilsolarzelle, d. h. auch auf der Kontaktierungsschicht oder der Kontaktierungsschicht mit den Kontakten der jeweiligen Teilsolarzelle liegt und mittels Schichtabscheidung erzeugt wird. In the present invention, the protective and/or antireflection layer is that layer or layer sequence which is on top of the respective partial solar cell, i. H. also lies on the contacting layer or the contacting layer with the contacts of the respective partial solar cell and is produced by means of layer deposition.
In dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Stützmaterial also so auszuwählen, dass es nicht nur die benötigte mechanische Stabilität besitzt, sondern auch eine Feuchtigkeitsdiffusionsbarriere darstellt und/oder antireflektierende Eigenschaften aufweist. In this preferred embodiment of the invention, the support material is to be selected in such a way that it not only has the required mechanical stability, but also represents a moisture diffusion barrier and/or has anti-reflective properties.
Die geometrische Gestalt des wenigstens einen Stützgrabens und der jeweilige Abstand einzelner Grabenstrukturen des wenigstens einen Stützgrabens voneinander werden vorzugsweise in Abhängigkeit von den mikromechanischen Eigenschaften der verwendeten Stützschicht ausgewählt. Sind beispielsweise die einzelnen Grabenstrukturen des wenigstens einen Stützgrabens Lochstrukturen, sollten diese vorzugsweise in einem regelmäßigen Lochmuster vorgesehen sein. Eine regelmäßige Anordnung ist auch bei anderen geometrischen Ausbildungen des wenigstens einen Stützgrabens von Vorteil. The geometric shape of the at least one support trench and the respective spacing between individual trench structures of the at least one support trench are preferably selected as a function of the micromechanical properties of the support layer used. If, for example, the individual trench structures of the at least one supporting trench are hole structures, they should preferably be provided in a regular hole pattern. A regular arrangement is also advantageous with other geometric configurations of the at least one supporting trench.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tandem-Solarzelle ist wenigstens eine Schicht des Schichtaufbaus der wenigstens einen, die Stützstruktur aufweisenden Teilsolarzelle aus Perowskit ausgebildet, weshalb diese Teilsolarzelle eine im Folgenden als Perowskit-Teilsolarzelle bezeichnet wird. In a preferred embodiment of the tandem solar cell according to the invention, at least one layer of the layer structure of the at least one partial solar cell having the support structure is made of perovskite, which is why this partial solar cell is referred to below as a perovskite partial solar cell.
Wie eingangs erwähnt, ist insbesondere Perowskit mechanisch instabil. Die erfindungsgemäße Tandem-Solarzelle macht es jedoch möglich, diejenige(n) Teilsolarzelle(n), die wenigstens eine Perowskitschicht aufweist/aufweisen, mechanisch derart zu stabilisieren, dass die entsprechende Tandem-Solarzelle problemlos einlaminiert werden kann, ohne dass die Gefahr der Delaminierung besteht und ohne dass die elektronischen Eigenschaften der jeweiligen Tandem-Solarzelle merkbar beeinträchtigt werden. As mentioned at the outset, perovskite in particular is mechanically unstable. However, the tandem solar cell according to the invention makes it possible to mechanically stabilize the partial solar cell(s) that has/have at least one perovskite layer in such a way that the corresponding tandem solar cell can be laminated in without any problems, without the risk of delamination and without the electronic properties of the respective tandem solar cell being noticeably impaired.
Vorteilhafterweise ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung die wenigstens eine Perowskit-Teilsolarzelle auf einer kein Perowskit aufweisenden Basis-Teilsolarzelle ausgebildet. In this embodiment of the invention, the at least one perovskite partial solar cell is advantageously formed on a basic partial solar cell that does not have any perovskite.
Die kein Perowskit bzw. keine Perowskitschicht aufweisende Basis-Teilsolarzelle schafft neben ihren vorteilhaften elektronischen Eigenschaften, wie der Absorption eines anderen Lichtspektrums als dem, das die Perowskit-Teilsolarzelle absorbiert, eine stabile mechanische Basis für das Aufsetzen der durch die Stützstruktur mechanisch stabilisierten Perowskit-Teilsolarzelle, die typischerweise die obere Teilsolarzelle bildet und die kurzwellige Lichtstrahlung absorbiert. Besonders bevorzugt endet der wenigstens eine Stützgraben der Perowskit-Teilsolar- zelle auf einer Kontaktierungsschicht der Basis-Teilsolarzelle, wie beispielsweise auf einer Indium-Zinn-Oxid-Schicht der Basis-Teilsolarzelle. In addition to its advantageous electronic properties, such as the absorption of a different light spectrum than that absorbed by the perovskite partial solar cell, the basic partial solar cell, which has no perovskite or no perovskite layer, creates a stable mechanical basis for placing the perovskite partial solar cell, which is mechanically stabilized by the support structure , which typically forms the upper part of the solar cell and absorbs the short-wave light radiation. Particularly preferably, the at least one supporting trench of the perovskite solar cell part ends on a contacting layer of the solar cell part, such as on an indium tin oxide layer of the solar cell part.
In einer favorisierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Basis- Teilsolarzelle einen Heteroübergang auf. Durch die Kombination aus Heteroübergangs- Teilsolarzelle und mechanisch stabilisierter Perowskit-Teilsolarzelle lassen sich langlebige Tandem-Solarzellen mit sehr hohem Wirkungsgrad ausbilden. In a preferred embodiment of the present invention, the basic partial solar cell has a heterojunction. The combination of a heterojunction partial solar cell and a mechanically stabilized perovskite partial solar cell means that long-lasting tandem solar cells with a very high level of efficiency can be formed.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deren Aufbau, Funktion und Vorteile, werden im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert, wobei Embodiments of the present invention, their structure, function and advantages are explained in more detail below with reference to figures, where
Figur 1 schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tandem-Solarzelle im Querschnitt zeigt; und die Figuren 2 bis 5 schematisch Draufsichten auf mögliche Ausführungsformen von Tandem-Solarzellenwafern mit darin eingebrachten Stützstrukturen zeigen. FIG. 1 schematically shows an embodiment of a tandem solar cell according to the invention in cross section; and FIGS. 2 to 5 show schematic plan views of possible embodiments of tandem solar cell wafers with support structures introduced therein.
Figur 1 zeigt schematisch in einem Querschnitt eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tandem-Solarzelle 1. Die Tandem-Solarzelle 1 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei übereinander angeordnete Teilsolarzellen 2, 3 auf. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Tandem-Solarzelle 1 kann diese auch mehr als zwei übereinander gestapelte Teilsolarzellen aufweisen. FIG. 1 schematically shows a possible embodiment of a tandem solar cell 1 according to the invention in a cross section. In the exemplary embodiment shown, the tandem solar cell 1 has two partial solar cells 2, 3 arranged one above the other. In other embodiments of the tandem solar cell 1 according to the invention that are not shown, it can also have more than two partial solar cells stacked one on top of the other.
In der gezeigten Ausführungsform fungiert die unten angeordnete Teilsolarzelle 2 als Basis-Teilsolarzelle, die eine mechanisch stabile Basis für den Aufbau der darüber gestapelten, oberen Teilsolarzelle 3 bildet. In the embodiment shown, the partial solar cell 2 arranged below acts as a base partial solar cell, which forms a mechanically stable basis for the construction of the upper partial solar cell 3 stacked above it.
Die Basis-Teilsolarzelle 2 weist in der gezeigten Ausführungsform einen Hetero-Übergang auf. In the embodiment shown, the basic partial solar cell 2 has a heterojunction.
Die Basis-Teilsolarzelle 2 weist einen Absorber 21 auf. Der Absorber 21 besteht in der gezeigten Ausführungsform aus einkristallinem Silizium, kann jedoch in anderen Ausführungsformen der Erfindung auch aus einem anderen Halbleitermaterial bestehen und/oder eine andere Festkörperstruktur besitzen. Der Absorber 21 kann ein- oder beidseitig texturiert sein. Der Absorber 21 ist von einem ersten Leitfähigkeitstyp. In der gezeigten Ausführungsform ist der Absorber 21 n-dotiert, kann jedoch in anderen Ausführungsformen der Erfindung auch p-dotiert sein. The basic partial solar cell 2 has an absorber 21 . In the embodiment shown, the absorber 21 consists of monocrystalline silicon, but in other embodiments of the invention it can also consist of a different semiconductor material and/or have another solid structure. The absorber 21 can be textured on one or both sides. The absorber 21 is of a first conductivity type. In the embodiment shown, the absorber 21 is n-doped, but can also be p-doped in other embodiments of the invention.
Auf einer Vorderseite des Absorbers 21 liegt eine untere Vorderseitendotierschicht 22. Die untere Vorderseitendotierschicht 22 ist in dem gezeigten Beispiel eine dotierte amorphe Halbleiterschicht, besonders bevorzugt eine mit Wasserstoff abgesättigte amorphe Siliziumschicht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die untere Vorderseitendotierschicht 22 vom gleichen ersten Leitungstyp wie der Absorber 21 , also n-dotiert, weist aber eine höhere Dotierung als der Absorber 21 auf. Sie bildet in der gezeigten Ausführungsform einen Emitter der Basis-Teilsolarzelle 2 aus. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die untere Vorderseitendotierschicht 22 auch einen zum Leitungstyp des Absorbers 21 entgegengesetzten Leitungstyp aufweisen, also in dem gezeigten Beispiel p-dotiert sein. A lower front-side doping layer 22 is located on a front side of the absorber 21. In the example shown, the lower front-side doping layer 22 is a doped amorphous semiconductor layer, particularly preferably an amorphous silicon layer saturated with hydrogen. In the exemplary embodiment shown, the lower front-side doping layer 22 is of the same first conductivity type as the absorber 21 , that is to say n-doped, but has a higher doping than the absorber 21 . In the embodiment shown, it forms an emitter of the basic partial solar cell 2 . In other specific embodiments of the present invention that are not shown, the lower front side doping layer 22 can also have a conductivity type that is opposite to the conductivity type of the absorber 21, that is to say it can be p-doped in the example shown.
In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen der unteren Vorderseitendotierschicht 22 und dem Absorber 21 auch eine untere Vorderseitenin- trinsicschicht, d. h. eine intrinsische amorphe Halbleiterschicht, vorzugsweise aus amorphem Silizium, vorgesehen sein. In other embodiments of the invention that are not shown, a lower intrinsic layer on the front side, i. H. an intrinsic amorphous semiconductor layer, preferably made of amorphous silicon, may be provided.
Auf der unteren Vorderseitendotierschicht 22 liegt eine untere Vorderseitenleitungsschicht 24. Die untere Vorderseitenleitungsschicht 24 ist aus elektrisch leitfähigem, transparentem Material, wie beispielsweise aus Indium-Zinn-Oxid, ausgebildet. A lower front-side wiring layer 24 lies on the lower front-side doping layer 22. The lower front-side wiring layer 24 is formed of electrically conductive, transparent material, such as indium tin oxide.
Auf der unteren Vorderseitenleitungsschicht 24 der Basis-Teilsolarzelle 2 ist eine untere Schutz- und/oder Antireflexionsschicht 26 ausgebildet. A lower protective and/or antireflection layer 26 is formed on the lower front-side conduction layer 24 of the base partial solar cell 2 .
Auf einer Rückseite des Absorbers 21 liegt eine untere Rückseitendotierschicht 23. Die untere Rückseitendotierschicht 23 ist in dem gezeigten Beispiel eine dotierte amorphe Halbleiterschicht, besonders bevorzugt eine mit Wasserstoff abgesättigte amorphe Siliziumschicht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die untere Rückseitendotierschicht 23 von einem zu dem ersten Leitungstyp des Absorbers 21 entgegengesetzen Leitungstyp, also p-dotiert. Sie bildet in der gezeigten Ausführungsform einen Kollektor der Basis-Teilsolarzelle 2 aus. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vor- liegenden Erfindung kann die untere Rückseitendotierschicht 23 auch vom gleichen Leitungstyp wie der Absorber 21 sein, also in dem gezeigten Beispiel n-dotiert sein, aber eine höhere Dotierung als der Absorber 21 aufweisen. A lower rear side doping layer 23 is located on a rear side of the absorber 21. In the example shown, the lower rear side doping layer 23 is a doped amorphous semiconductor layer, particularly preferably an amorphous silicon layer saturated with hydrogen. In the exemplary embodiment shown, the lower rear side doping layer 23 is of a conductivity type which is opposite to the first conductivity type of the absorber 21, ie p-doped. In the embodiment shown, it forms a collector of the base partial solar cell 2 . In other, not shown, embodiments of the According to the present invention, the lower rear-side doping layer 23 can also be of the same conductivity type as the absorber 21, that is to say it can be n-doped in the example shown, but have a higher doping than the absorber 21.
In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen der unteren Rückseitendotierschicht 23 und dem Absorber 21 auch eine untere Rückseitenintrin- sicschicht, d. h. eine intrinsische amorphe Halbleiterschicht, vorzugsweise aus amorphem Silizium, vorgesehen sein. In other embodiments of the invention that are not shown, a lower intrinsic layer on the rear side, i. H. an intrinsic amorphous semiconductor layer, preferably made of amorphous silicon, may be provided.
Auf der unteren Rückseitendotierschicht 22 liegt eine untere Rückseitenleitungsschicht 25. Die untere Rückseitenleitungsschicht 25 ist aus elektrisch leitfähigem, transparentem Material, wie beispielsweise aus Indium-Zinn-Oxid, ausgebildet. A lower backside wiring layer 25 lies on the lower backside doping layer 22. The lower backside wiring layer 25 is formed of electrically conductive, transparent material, such as indium tin oxide.
Auf der unteren Rückseitenleitungsschicht 25 befinden sich Rückseitenkontakte 27 der Basis-Teilsolarzelle 2, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel gedruckte Silberkontakte sind. On the lower rear side line layer 25 there are rear side contacts 27 of the basic partial solar cell 2, which are printed silver contacts in the exemplary embodiment shown.
Auf der unteren Schutz- und/oder Antireflexionsschicht 26 der Basis-Teilsolarzelle 2 ist der Schichtaufbau der oberen Teilsolarzelle 3 der Tandem-Solarzelle 1 aufgebaut. The layer structure of the upper partial solar cell 3 of the tandem solar cell 1 is built up on the lower protective and/or anti-reflection layer 26 of the base partial solar cell 2 .
Eine Stützstruktur 4 der oberen Teilsolarzelle 3 erstreckt sich in Form wenigstens eines mit einem Stützmaterial 41 gefüllten Stützgrabens 40, 40‘ durch den nachfolgend beschriebenen Schichtaufbau der oberen Teilsolarzelle 3 als auch durch die untere Schutz- und/oder Antireflexionsschicht 26 der Basis-Teilsolarzelle 2 hindurch sowie über die gesamte obere Teilsolarzelle 3 in Form einer aus dem Stützmaterial 41 bestehenden Stützschicht 42 hinweg. A support structure 4 of the upper partial solar cell 3 extends in the form of at least one supporting trench 40, 40' filled with a supporting material 41 through the layer structure of the upper partial solar cell 3 described below and also through the lower protective and/or anti-reflection layer 26 of the base partial solar cell 2 and over the entire upper partial solar cell 3 in the form of a support layer 42 consisting of the support material 41 .
In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Stützstruktur 4 lediglich aus mit Stützmaterial 41 gefüllten Stützgräben 40, 40‘ bestehen, d. h. ohne darüber und/oder darunter befindliche Stützschicht ausgebildet sein. In other embodiments of the invention, the support structure 4 can only consist of support trenches 40, 40' filled with support material 41, i. H. be formed without a support layer located above and/or below.
Die obere Teilsolarzelle 3 weist einen Perowskit aufweisenden Absorber, nachfolgend Perowskit-Schicht 31 genannt, auf. Zusätzlich zu Perowskit kann der Absorber der oberen Teilsolarzelle 3 noch wenigstens eine weitere Materialschicht, wie beispielsweise eine Salzschicht, aufweisen. Auf einer Vorderseite der Perowskit-Schicht 31 liegt eine obere Vorderseitendotierschicht 32. Die obere Vorderseitendotierschicht 32 ist in dem gezeigten Beispiel eine dotierte amorphe Halbleiterschicht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die obere Vorderseitendotierschicht 32 n-dotiert. Sie bildet in der gezeigten Ausführungsform einen Emitter der oberen Teilsolarzelle 3 aus. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die obere Vorderseitendotierschicht 32 auch p-dotiert sein. The upper partial solar cell 3 has an absorber having perovskite, referred to below as perovskite layer 31 . In addition to perovskite, the absorber of the upper partial solar cell 3 can also have at least one further material layer, such as a salt layer. An upper front-side doping layer 32 lies on a front side of the perovskite layer 31. In the example shown, the upper front-side doping layer 32 is a doped amorphous semiconductor layer. In the exemplary embodiment shown, the upper front side doping layer 32 is n-doped. In the embodiment shown, it forms an emitter of the upper partial solar cell 3 . In other non-illustrated embodiments of the present invention, the upper front side doping layer 32 can also be p-doped.
In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen der oberen Vorderseitendotierschicht 32 und der Perowskit-Schicht 31 auch eine obere Vorder- seitenintrinsicschicht, d. h. eine intrinsische amorphe Halbleiterschicht, vorgesehen sein. In other embodiments of the invention that are not shown, an upper front side intrinsic layer, i. H. an intrinsic amorphous semiconductor layer.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt auf der oberen Vorderseitendotierschicht 32 eine obere Vorderseitenleitungsschicht 34. Die obere Vorderseitenleitungsschicht 24 ist aus elektrisch leitfähigem, transparentem Material, wie beispielsweise aus Indium-Zinn- Oxid, ausgebildet. In the exemplary embodiment shown, an upper front-side conductive layer 34 lies on the upper front-side doping layer 32. The upper front-side conductive layer 24 is formed from an electrically conductive, transparent material, such as indium tin oxide.
In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen der oberen Vorderseitendotierschicht 32 und der oberen Vorderseitenleitungsschicht 34 wenigstens eine weitere elektrisch leitfähige, transparente Schicht vorgesehen sein. In other specific embodiments of the invention that are not shown, at least one further electrically conductive, transparent layer can be provided between the upper front-side doping layer 32 and the upper front-side conduction layer 34 .
Auf der oberen Vorderseitenleitungsschicht 34 befinden sich Vorderseitenkontakte 37 der Tandem-Solarzelle 1, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel gedruckte Silberkontakte sind. On the upper front line layer 34 are front side contacts 37 of the tandem solar cell 1, which are printed silver contacts in the exemplary embodiment shown.
Auf der oberen Vorderseitenleitungsschicht 34 und den Vorderseitenkontakten 37 ist eine obere Schutz- und/oder Antireflexionsschicht ausgebildet, die vorliegend insbesondere auch als Stützschicht 42 wirkt. An upper protective and/or anti-reflection layer is formed on the upper front-side line layer 34 and the front-side contacts 37 , which also acts as a support layer 42 in the present case.
Die Stützschicht 42 besteht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus dem Stützmaterial 41 , das auch die Füllung des wenigstens einen Stützgrabens 40, 40‘ bildet und das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem dielektrischen Material ausgebildet ist, aber auch aus einem Polymer ausgebildet sein kann. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Stützschicht 42 auch aus einem anderen Material als dem zur Füllung des wenigstens einen Stützgrabens 40, 40‘ verwendeten Stützmaterial 41 bestehen. In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Stützschicht 42 auch weggelassen oder durch eine andere Schicht oder Schichtfolge oder Struktur ersetzt werden. In the exemplary embodiment shown, the supporting layer 42 consists of the supporting material 41, which also forms the filling of the at least one supporting trench 40, 40′ and which is formed from a dielectric material in the exemplary embodiment shown, but can also be formed from a polymer. In other embodiments of the present invention, the support layer 42 can also consist of a different material than the support material used to fill the at least one support trench 40, 40' 41 exist. In further embodiments of the present invention, the support layer 42 can also be omitted or replaced by another layer or layer sequence or structure.
Auf einer Rückseite der Perowskit-Schicht 31 liegt eine obere Rückseitendotierschicht 33. Die obere Rückseitendotierschicht 33 ist in dem gezeigten Beispiel eine dotierte amorphe Halbleiterschicht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die obere Rückseitendotierschicht 33 p-dotiert. Sie bildet in der gezeigten Ausführungsform einen Kollektor der Teilsolarzelle 3 aus. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die obere Rückseitendotierschicht 33 auch n-dotiert sein. On a rear side of the perovskite layer 31 is an upper rear side doping layer 33. In the example shown, the upper rear side doping layer 33 is a doped amorphous semiconductor layer. In the exemplary embodiment shown, the upper rear-side doping layer 33 is p-doped. In the embodiment shown, it forms a collector of the partial solar cell 3 . In other non-illustrated embodiments of the present invention, the upper rear side doping layer 33 can also be n-doped.
In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen der oberen Rückseitendotierschicht 33 und der Perowskit-Schicht 31 auch eine obere Rückseiten- intrinsicschicht, d. h. eine intrinsische amorphe Halbleiterschicht, vorgesehen sein. In other, non-illustrated embodiments of the invention, between the upper rear side doping layer 33 and the perovskite layer 31, an upper rear side intrinsic layer, i. H. an intrinsic amorphous semiconductor layer.
In der gezeigten Ausführungsform liegt die obere Rückseitendotierschicht 33 direkt auf der unteren Schutz- und/oder Antireflexionsschicht 26 der Basis-Teilsolarzelle 2 auf. Die obere Rückseitenleitungsschicht der oberen Teilsolarzelle 3 wird hier durch die untere Vorderseitenleitungsschicht 24 der Basis-Teilsolarzelle 2 ausgebildet. In the embodiment shown, the upper rear-side doping layer 33 lies directly on the lower protective and/or anti-reflection layer 26 of the base partial solar cell 2 . The upper rear-side conduction layer of the upper partial solar cell 3 is formed here by the lower front-side conduction layer 24 of the base partial solar cell 2 .
Der wenigstens eine Stützgraben 40, 40‘ ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Mehrzahl von durch die Schichtfolge der oberen Teilsolarzelle 3 verlaufenden Löchern ausgebildet. Die Löcher sind mit dem Stützmaterial 41 gefüllt, welches in dem gezeigten Ausführungsbeispiel auch das Material der Schutz- und/oder Antireflexions- schicht der oberen Teilsolarzelle 3 bildet und damit hier direkt in diese Schicht übergeht. Die als Stützschicht 42 wirkende Schutz- und/oder Antireflexionsschicht der oberen Teilsolarzelle 3 bildet eine Brücke, die alle mit dem Stützmaterial 42 gefüllten Stützgrabenstrukturen bzw. Löcher miteinander stoffschlüssig verbindet. In the exemplary embodiment shown, the at least one supporting trench 40, 40' is formed by a plurality of holes running through the layer sequence of the upper partial solar cell 3. The holes are filled with the support material 41, which in the exemplary embodiment shown also forms the material of the protective and/or anti-reflection layer of the upper partial solar cell 3 and thus merges directly into this layer here. The protective and/or anti-reflection layer of the upper partial solar cell 3 acting as a support layer 42 forms a bridge which materially connects all support trench structures or holes filled with the support material 42 to one another.
Der wenigstens eine Stützgraben 40, 40' befindet sich in einem Randbereich der oberen Teilsolarzelle 3, sodass ihr zwar durch die Stützstruktur 4 eine gute mechanische Stabilität verliehen wird, aber ihr Wirkungsgrad kaum oder nicht durch die Stützstruktur 4 beeinträchtigt wird. Die Figuren 2 bis 5 zeigen schematisch Draufsichten von Tandem-Solarzellenwafern 5a, 5b, 5c, 5d mit darin eingebrachten Stützstrukturen 4. Die Tandem-Solarzellenwafer 5a, 5b, 5c, 5d weisen jeweils über ihre Fläche verteilt eine Mehrzahl erfindungsgemäß ausgebildeter Tandem-Solarzellen 1 gemäß Figur 1 auf, wobei die Tandem-Solarzellen 1 der Übersichtlichkeit halber in den Figuren 5a, 5b, 5c, 5d nicht dargestellt sind. Die Stützstrukturen 4 erstrecken sich jeweils durch Schichtaufbauten der Tandem-Solarzellen 1. The at least one supporting trench 40 , 40 ′ is located in an edge area of the upper partial solar cell 3 , so that although the supporting structure 4 gives it good mechanical stability, its efficiency is hardly or not at all impaired by the supporting structure 4 . Figures 2 to 5 show schematic top views of tandem solar cell wafers 5a, 5b, 5c, 5d with support structures 4 introduced therein. The tandem solar cell wafers 5a, 5b, 5c, 5d each have a plurality of tandem solar cells 1 designed according to the invention distributed over their surface according to FIG. 1, the tandem solar cells 1 not being shown in FIGS. 5a, 5b, 5c, 5d for the sake of clarity. The support structures 4 each extend through the layered structures of the tandem solar cells 1.
Wie es schematisch in den Figuren 2 bis 5 gezeigt ist, sind die Stützstrukturen 4 lochförmig ausgebildet, wobei die jeweiligen Löcher in der Draufsicht unterschiedliche geometrische Formen aufweisen können. So können die Stützstrukturen 4, wie in Figur 2 zu sehen, in der Draufsicht einen runden Querschnitt aufweisen, oder, wie in Figur 3 zu sehen, in der Draufsicht einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen, oder, wie in Figur 4 zu sehen, in der Draufsicht als Langlöcher ausgebildet sein, oder, wie in Figur 5 zu sehen, in der Draufsicht als Winkel ausgebildet sein. Die Stützstrukturen 4 können noch zahlreiche andere geometrische Formen aufweisen, beispielsweise in der Draufsicht in Form von Balken, Drei- oder anderen Mehrecken, Rauten, Kreuzen oder Sternen ausgebildet sein. Dabei können die auch unterschiedliche Stützstrukturen 4 auf ein und demselben Tandem-Solarzellenwafer vorgesehen sein. As is shown schematically in FIGS. 2 to 5, the support structures 4 are designed in the form of holes, it being possible for the respective holes to have different geometric shapes when viewed from above. Thus, the support structures 4, as can be seen in Figure 2, can have a round cross-section in a plan view, or, as can be seen in Figure 3, can have a rectangular or square cross-section in a plan view, or, as can be seen in Figure 4, in be designed as oblong holes in the plan view, or, as can be seen in FIG. 5, be designed as angles in the plan view. The support structures 4 can also have numerous other geometric shapes, for example in the form of bars, triangles or other polygons, rhombuses, crosses or stars when viewed from above. The different support structures 4 can also be provided on one and the same tandem solar cell wafer.
Dabei können die Stützstrukturen 4, wie es in den Figuren 4 und 5 schematisch gezeigt ist, zueinander versetzt und/oder in ihrer Form relativ zueinander verdreht angeordnet sein. The support structures 4, as shown schematically in FIGS. 4 and 5, can be offset from one another and/or rotated in shape relative to one another.
Günstig ist es, wenn die Stützstrukturen 4 auf Schnittpunkten eines gedachten Gitters angeordnet sind, wie es beispielsweise in den Figuren 2 und 3 zu sehen ist. It is favorable if the support structures 4 are arranged at the intersections of an imaginary grid, as can be seen in FIGS. 2 and 3, for example.
In allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Stützstrukturen 4 separat voneinander ausgebildet, sodass sie trotz dessen, dass sie - wie oben zu Figur 1 erläutert - mit dem dielektrischen Stützmaterial 41 gefüllte Stützgräben 40, 40‘ sind, Solarzellenstrukturen innerhalb der Tandem-Solarzellen 1 als auch die Tandem-Solarzellen 1 untereinander nicht voneinander elektrisch isolieren. In all embodiments of the present invention, the support structures 4 are formed separately from one another, so that despite the fact that they - as explained above for Figure 1 - are filled with the dielectric support material 41 support trenches 40, 40 ', solar cell structures within the tandem solar cells 1 as the tandem solar cells 1 also do not electrically insulate one another from one another.

Claims

Patentansprüche Tandem-Solarzelle (1) aus wenigstens zwei monolithisch übereinander gestapelten Teilsolarzellen (2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Teilsolarzellen (3) eine Stützstruktur (4) aufweist, die wenigstens einen, durch einen Schichtaufbau dieser Teilsolarzelle (3) hindurchgehenden und mit einem Stützmaterial (41 ) gefüllten Stützgraben (40, 40‘) aufweist, wobei der wenigstens eine Stützgraben (40, 40‘) in einer geschnittenen Draufsicht auf eine Lichteinfallsseite (10) der Tandem-Solarzelle (1) lochförmig ausgebildet ist und das Stützmaterial (41 ) ein dielektrisches Material ist. Tandem-Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Stützgraben (40, 40‘) in einer geschnittenen Draufsicht auf die Tandem- Solarzelle (1) rund oder als Langloch in gleicher oder wechselnder Orientierung ausgebildet ist. Tandem-Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tandem-Solarzelle (1) eine Mehrzahl von in regelmäßiger Anordnung angeordneten Stützgräben (40, 40‘) aufweist. Tandem-Solarzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützgräben (40, 40‘) jeweils an Kreuzungspunkten eines ebenen kubischen, tetragonalen oder hexagonalen Gitters angeordnet sind. Tandem-Solarzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Periodenlänge des Gitters unter 10 mm liegt. Tandem-Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (4) ferner wenigstens eine Stützschicht (42) aufweist, die stoffschlüssig mit dem in dem wenigstens einen Stützgraben (40, 40') befindlichen Stützmaterial (41) verbunden ist und sich flächig über und/oder unter dem Schichtaufbau der Teilsolarzelle (3), durch den der wenigstens eine Stützgraben (40, 40‘) hindurchgeht, erstreckt. Tandem-Solarzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (42) aus dem gleichen Stützmaterial (41) ausgebildet ist, mit dem auch der wenigstens eine Stützgraben (40, 40‘) gefüllt ist. Tandem-Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützmaterial (41) ein Nitrid, ein Oxid, ein Oxinitrid und/oder ein Polymer ist. Tandem-Solarzelle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (42) eine Schutz- und/oder Antireflexionsschicht der wenigstens einen, die Stützstruktur (4) aufweisenden Teilsolarzelle (3) ist. Tandem-Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schicht des Schichtaufbaus der wenigstens einen, die Stützstruktur (4) aufweisenden Teilsolarzelle (3) aus Perowskit ausgebildet ist, sodass diese Teilsolarzelle (3) eine Perowskit-Teilsolarzelle ist. Tandem-Solarzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Perowskit-Teilsolarzelle auf einer kein Perowskit aufweisenden Basis- Teilsolarzelle (2) ausgebildet ist. Tandem-Solarzelle nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Stützgraben (40, 40‘) der Perowskit-Teilsolarzelle auf einer Kontaktierungsschicht (24) der Basis-Teilsolarzelle (2) endet. Tandem solar cell (1) consisting of at least two partial solar cells (2, 3) stacked monolithically one on top of the other, characterized in that at least one of the partial solar cells (3) has a supporting structure (4) which, due to a layered structure of this partial solar cell (3), continuous supporting trench (40, 40') filled with a supporting material (41), wherein the at least one supporting trench (40, 40') is hole-shaped in a sectional top view of a light incidence side (10) of the tandem solar cell (1) and the support material (41) is a dielectric material. Tandem solar cell according to claim 1, characterized in that the at least one supporting trench (40, 40') is designed round or as a slot in the same or alternating orientation in a sectional plan view of the tandem solar cell (1). Tandem solar cell according to Claim 1 or 2, characterized in that the tandem solar cell (1) has a plurality of supporting trenches (40, 40') arranged in a regular arrangement. Tandem solar cell according to Claim 3, characterized in that the supporting trenches (40, 40') are each arranged at crossing points of a planar cubic, tetragonal or hexagonal lattice. Tandem solar cell according to Claim 4, characterized in that a period length of the grid is less than 10 mm. Tandem solar cell according to one of the preceding claims, characterized in that the support structure (4) also has at least one support layer (42) which is cohesively connected to the support material (41) located in the at least one support trench (40, 40') and extends flatly above and/or below the layer structure of the partial solar cell (3), through which the at least one supporting trench (40, 40') passes. Tandem solar cell according to Claim 6, characterized in that the supporting layer (42) is formed from the same supporting material (41) with which the at least one supporting trench (40, 40') is also filled. Tandem solar cell according to one of the preceding claims, characterized in that the supporting material (41) is a nitride, an oxide, an oxynitride and/or a polymer. Tandem solar cell according to Claim 5 or 6, characterized in that the supporting layer (42) is a protective and/or anti-reflection layer of the at least one partial solar cell (3) having the supporting structure (4). Tandem solar cell according to one of the preceding claims, characterized in that at least one layer of the layer structure of the at least one partial solar cell (3) having the support structure (4) is made of perovskite, so that this partial solar cell (3) is a perovskite partial solar cell. Tandem solar cell according to Claim 10, characterized in that the at least one perovskite partial solar cell is formed on a basic partial solar cell (2) which has no perovskite. Tandem solar cell according to Claim 11, characterized in that the at least one supporting trench (40, 40') of the perovskite solar cell part ends on a contacting layer (24) of the base solar cell part (2).
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