太陽能電池疊堆的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的太陽能電池疊堆。
【背景技術】
[0002] 在ΙΙΙ-ν型多族太陽能電池的外延中使用所謂變質緩沖器（metamorphe Puffer)，以便在變質緩沖器上以高的質量沉積由具有與襯底的或者位于緩沖器下方的層 的晶格常數不同的晶格常數的材料構成的半導體層。通過變體緩沖器構成所謂的具有與原 始襯底的晶格常數不同的晶格常數的虛擬襯底。由此，例如對于多族太陽能電池的不同元 件而言可以增大材料選擇的空間并且提高多族太陽能電池的效率。
[0003] 期望的是，在制造期間普遍地增大變體緩沖器的晶格常數。由此，使緩沖器的大 多層壓縮地撐緊，其中與拉伸地撐緊的緩沖器相比錯位均勻地構造并且尤其產生更少的裂 紋。此外期望的是，變體緩沖器所有層對于確定波長的光是透明的，使得光能夠在其他太陽 能電池中用于光電的能量轉換。
[0004] 由A.Zakaria、RichardR.King、M.Jackson和M.S.Goorsky所著的《Comparison ofarsenideandphosphidebasedgradedbufferlayersusedininverted metamorphicsolarcells》（J.Appl.Phys. 112,024907(2012))已知分別具有變體緩沖器 的多種太陽能電池疊堆。此外，由US2013/0312818A1已知具有如在圖4中所示出的那樣 的變質緩沖器的太陽能電池疊堆。在W.Guter，J.SchSne，S.P.Philipps，M.Steiner，G. Siefer，A.Wekkeli，Ε·Welser，Ε·Olivia，A.Bett和F.Dimroth所著的《Current-matched triple-junctionsolarcellreaching41. 1 %conversionefficiencyunder concentratedsunlight》(AppliedPhysicsLetters94, 223504, 2009 年）中公開了變質 太陽能電池疊堆。
[0005] 在J.Sch5ne所著的《KontrollevonSpannungsrelaxationundDefektbildung inmetamorphenIII-VHalbleiterheterostrukturenfurhocheffiziente Halbleiter_Solarzellen》(2009年博士論文，基爾技術學院）中公開了其他具有變質緩沖 器的太陽能電池疊堆。
[0006] 此外在變質緩沖器中期望的是，通過錯位或者其他晶體缺陷的形成已經在緩 沖器中減少晶格應力，其中將晶體缺陷盡可能定位在緩沖器中。尤其應當防止絲線錯 位（Fadenversetzungen)侵入到半導體層疊堆的其他部分中。為此，在變質緩沖器中 優選增大具有晶格常數的緩沖層的硬度，以便尤其減少錯位蔓延到位于其上方的層中 和/或使位于其上方的層難以松弛。與此不同，由V.Klinger、T.Roesener、GLorenz、 M.Petzold和F.Dimroth所著的〈〈ElastischeundplastischeEigenschaftenvonIII-V HalbleiternfilrmetamorphePufferstrukturen)) (27.DGKKfforkshop-Epitaxievon III/V-Halbleitern-Erlangen，2012年12月6. /7.)公開了，對于根據本申請的圖5的由 三元化合物A10. 4InxGaO. 6-x(0 <X< 0. 6)構成的變質緩沖器（其中元素鎵逐漸由銦替 代）晶格常數隨著銦含量的增大而增大，而納米硬度隨著銦含量的增大而降低，在本附圖2 中作為實線示出。
【發明內容】
[0007] 由此，本發明的任務是說明一種擴展現有技術的裝置。
[0008] 所述任務通過具有權利要求1的特征的太陽能電池疊堆來解決。從屬權利要求的 主題是本發明的有利構型。
[0009] 根據本發明的主題提供一種太陽能電池疊堆，其具有第一半導體太陽能電池，其 中所述第一半導體太陽能電池具有由第一材料構成的pn結，所述第一材料具有第一晶格 常數，并且具有第二半導體太陽能電池，其中所述第二半導體太陽能電池具有由第二材料 構成的pn結，所述第二材料具有第二晶格常數，其中第一晶格常數小于第二晶格常數，并 且所述太陽能電池疊堆具有變質緩沖器，其中所述變質緩沖器包括由下方的第一AlInGaAs 層或AlInGaP層和中間的第二AlInGaAs層或AlInGaP層以及上方的第三AlInGaAs層或 AlInGaP層組成的序列，并且變質緩沖器構造在第一半導體太陽能電池和第二半導體太陽 能電池之間，其中在變質緩沖器中晶格常數沿著厚度延伸、即沿著變質緩沖器的層的序列 變化，其中在變質緩沖器的至少兩個層之間晶格常數和In含量增大而A1含量減小。理解 為，所述三個層直接層疊或者在第一層和第二層之間和/或在第二層和第三層之間構造其 他層。
[0010] 要注意的是，變質緩沖器的層數是至少三個，然而根據應用情況也可以制造六層 或者直至三十層或更多單獨的層。此外要注意的是，通常薄地、優選在600nm以下、最優 選在300nm以下構造變質緩沖器的各個層。此外，材料的晶格常數總是涉及沒有夾緊的狀 態。特別地，基本上在兩個層之間的接合點（FUgungsstelle)處兩個鄰接的層的橫向的 (in-plane)晶格常數幾乎相等，而垂直的（out-of-plane)晶格常數和沒有夾緊的情形中 的晶格常數不同。
[0011] 根據本發明的裝置的優點是，借助變質緩沖器下方的第一層中的高的A1含量盡 管另一增大的晶格常數但與位于其下方的層以及位于其上方的層相比，發生特別軟的層、 即具有小的納米硬度的層在緩沖器內的構造。以下，借助概念"納米硬度"表示緩沖器的相 應層的硬度。要注意的是，納米硬度以第一近似在單個層內視為均勻且恒定的。此外要注 意的是，借助下方第一層的概念表示那個離第一半導體太陽能電池最近地構造的層。借助 軟層的構造，減輕缺陷匹配錯位在下方的第一層中的形成。研究示出，錯位優選構造在第一 層中并且保持在所述第一層中，并且不侵入到半導體太陽能電池的位于下方的和/或位于 上方的激活層。由此，防止激活層中的帶電粒子擴散長度的不期望的減少以及太陽能電池 疊堆中的半導體太陽能電池的效率的降低。換言之，借助具有與變質緩沖器的其他層相比 最高的鋁含量的第一層的構造并且與直接與變質緩沖器材料鎖合地連接的其他層相比在 第一層中引入一種"期望斷裂位置（Sollbruchstelle) "，其方式是，與環繞的層相比特別軟 地構造第一層。
[0012] 當變質緩沖器中的半導體層的硬度根據本發明隨著晶格常數的增大而增大時，在 具有較小晶格常數且較小硬度的層幾乎完全松馳之前，使具有較大晶格常數且較大硬度的 層松馳。理解為，最軟的不完全松馳的層分別構造"期望斷裂位置"。
[0013] 另一個優點是，借助第一層的引入減小通過壓縮的或者擴張的應力的影響引起的 半導體襯底的彎曲。尤其在外延中的其他層的增長（Aufwachsen)時實現層增長的改善的 均勻性和改善的可復現性并且可以在原處制造太陽能電池疊堆的全部層。由此，能夠使具 有非常不同的晶格常數或者帶距（以下也稱作帶隙的能量）的半導體太陽能電池簡單且低 成本地以及以高的效率在外延過程的范疇中連續地增長。可靠地從變質緩沖器內的"期望 斷裂位置"減輕缺陷位置或者錯位的構造，這有助于半導體層疊堆的松弛，其中通過硬度梯 度的變化同時抑制缺