太阳能电池组的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的太阳能电池组。
【背景技术】
[0002] 在III-V多族太阳能电池的外延中使用所谓的变质缓冲器（metamorphe Puffer)，以便在变质缓冲器上沉积由具有与衬底的晶格常数不同的晶格常数的材料构成 的半导体层或者与位于缓冲器下方的层以高的质量分离。通过变质缓冲器构成所谓的具有 与原始衬底的晶格常数不同的晶格常数的虚拟衬底。由此，能够增大材料的选择余地、尤其 增大多族太阳能电池的不同元件的选择余地并且能够提高多族太阳能电池的效率。
[0003] 期望的是，在制造期间通常增大变质缓冲器的晶格常数。由此，压缩地夹紧缓冲器 的大多层，其中与张力夹紧的缓冲器相比均匀地构造错位并且产生尤其小的裂缝。此外期 望的是，变质缓冲器的所有层对于确定波长的光是透明的，从而能够使光在其他太阳能电 池中用于光电能量转换。
[0004] 由〈〈Comparison of arsenide and phosphide based graded buffer layers used in inverted metamorphic solar cells〉〉（A. Zakaria、Richard R. King、M. Jackson 和M. S. Goorsky J. Appl. Phys. 112,024907 (2012年））已知分别具有变质缓冲器的多 个太阳能电池组。此外，由US 2013/0312818 Al已知具有变质缓冲器的太阳能电池 组。在〈〈Current-matched triple-junction solar cell reaching 41. I % conversion efficiency under concentrated sunlight》（[Guter、J. Schone> S. P. Philipps、 M. Steiner、G. Siefer、A. Wekkeli、E. Welser、E. Olivia、A. Bett 和 F. Dimroth !Applied Physics Letter 94,223504,2009年）中也公开了如在此在图3中所示出的那样的太阳能 电池组。
[0005] 由〈〈Kontrolle von Spannungsrelaxation und Defektbildung in metamorphen III-V Halbleiterheterostrukturen filr hocheffiziente Halbleiter-Solarzellen》 (J. Sch0ne，2009年论文，基尔工业学院）公开了具有变质缓冲器的其他太阳能电池组。
[0006] 此外，在变质缓冲器中期望的是，已经在缓冲器中减小通过错位或者其他晶体缺 陷的形成的晶格夹紧（Gitterverspannung)，其中尽可能在缓冲器中局部化晶体缺陷。尤其 应当防止推进到半导体层组的其他部分中的线错位（Fadenversetzungen)。为此，在变质 缓冲器中优选增大具有晶格常数的缓冲器层的硬度，以便尤其降低错位在位于其上方的层 中的延展和/或阻碍位于其上方的层的张弛。与此相反，由《Elastische und plastische Eigenschaften von III-V Halbleitern filr metamorphe Pufferstrukturen》 (V. Klinger、T. Rds.en.ei、G. Lorenz、M. Petzold 和 F. Dimroth ;27· DGKK workshop - III/ V半导体的外延一 Erlangen，6./7. 2012年12月）公开了，对于变质缓冲器而言在三元化合 物A10. 4InxGaO. 6-x(0〈x〈0. 6)中晶格常数随着铟含量增大而增大，而纳米硬度减小，其中 逐渐通过铟替代元素镓。
【发明内容】
[0007] 由此，本发明的任务是说明一种扩展现有技术的装置。
[0008] 所述任务通过具有权利要求1的特征的太阳能电池组来解决。从属权利要求的主 题是本发明的有利构型。
[0009] 根据本发明的主题提供一种太阳能电池组，其具有第一半导体太阳能电池，其中 所述第一半导体太阳能电池具有由第一材料构成的Pn结，所述第一材料具有第一晶格常 数，并且具有第二半导体太阳能电池，其中所述第二半导体太阳能电池具有由第二材料构 成的pn结，所述第二材料具有第二晶格常数，其中第一晶格常数小于第二晶格常数，并且 太阳能电池组具有变质缓冲器，其中所述变质缓冲器包括具有第一下层和第二中层以及第 三上层的重叠的层的序列，并且变质缓冲器包括InGaAs化合物和/或AlInGaAs化合物和/ 或InGaP化合物和/或AlInGaP化合物，并且变质缓冲器构造在第一半导体太阳能电池和 第二半导体太阳能电池之间，并且在变质缓冲器中晶格常数沿着其厚度延伸变化，其中第 二层具有比第一层和第三层更高的Al含量和/或第二层具有比第一层更低的磷含量而第 三层具有磷化物，并且第三层的晶格常数大于第二层的晶格常数而第二层的晶格常数大于 第一层的晶格常数。
[0010] 要注意的是，变质缓冲器的层数是至少三个，然而根据应用情况也可以制造六层 或者直至三十层或更多层的单独的层。此外要注意的是，通常薄地、优选在600nm以下、最 优选在300nm以下构造变质缓冲器的各个层。此外，材料的晶格常数总是涉及没有夹紧的 状态。特别地，基本上在两个层之间的接合点（FUgungsstelle)处两个邻接的层的横向的 (in-plane)晶格常数几乎相等，而垂直的（out-of-plane)晶格常数和没有夹紧的情形中 的晶格常数不同。
[0011] 根据本发明的装置的一个优点是，尽管进一步增大的晶格常数但是借助变质缓冲 器的第二层中的高的Al含量发生特别软的层、即具有低的纳米硬度的层在缓冲器内的构 造。由此，减轻第二层中的错误匹配错位的形成。研究尤其示出，在第二层中优选构造错位 而在第二层中保留并且不使其推进到半导体太阳能电池的位于下方和/或上方的活性层 中。由此，防止活性层中的电荷载体的不期望的减少以及太阳能电池组中的半导体太阳能 电池的效率的降低。换言之，借助具有比第一层和第三层更高的Al含量的第二层的引入并 且如有必要与变质缓冲器的其他层相比引入一类"期望断裂点（Sollbruchstelle) "，其方 式是，特别软地构造第二层。在此，软的层理解为所选择的层的与变质缓冲器的所包围的层 相比更低的纳米硬度。
[0012] 另一个优点是，借助第二层的引入减小通过压缩的或者扩张的压力的影响引起的 半导体衬底的弯曲。尤其在外延中的其他层的增长（Aufwachsen)时实现层增长的改善的 均匀性和改善的可复现性并且可以本地地制造太阳能电池组的全部层。由此，能够使具有 非常不同的晶格常数或者带距（以下也称作带隙的能量）的半导体太阳能电池简单且低成 本地以及以高的效率在外延过程的范畴中连续地增长。半导体太阳能电池内的缺陷点或者 错位可靠地由"期望断裂点"限制。
[0013] 另一个优点是，太阳能电池组在其制造之后具有更小的残留应力。这引起更高的 运行安全性和在太阳能电池组中更高的效率。
[0014] 另一个优点是，具有不同的晶格常数和带隙的多个半导体太阳能电池组可以简单 地接合在一起。一个优点是，具有带隙的各个半导体太阳能电池如此接合成太阳能电池组， 使得提高太阳能电池组的总效率。
[0015] 在一种优选的实施方式中，变质缓冲器的晶格常数朝两个半导体太阳能电池的方 向从层至层地优选分别增大至少0.003 最优选分别增大至少0.005 A。
[0016] 在一种扩展方案中，变质缓冲器的层具有第三晶格常数。所述第三晶格常数大于 第二半导体太阳能电池的晶格常数。研究示出，由此可以进一步改善变质缓冲器的松弛。
[0017] 在一种扩展方案中，第二层具有比第一半导体太阳能电池更大的晶格常数。在一 种实施方式中，在变质缓冲器中设置第四层，其中第四层设置在第三层上方并且物质锁合 地（stoffschlilssig)与第三层连接。此外，第四层具有比第二半导体太阳能电池更小的晶 格常数。
[0018] 在一种实施方式中，变质缓冲器的第二层具有与第二半导体太阳能电池同样大的 晶格常数或者在另一种替代方案中变质缓冲器的第二层具有比第二半导体太阳能电池大 最多0.008 A的晶格常数。
[0019] 在一种优选的扩展方案中，第二层的Al含量大于变质缓冲器的所有其他层的Al 含量。研究示出，在变质缓冲器内可以在预给定的位置处构造最软的层并且优选在缓冲器 中的预给定的位置处构造错位。
[0020] 在一种扩展方案中，在变质缓冲器的三个层的序列中仅仅构成InGaAs层和/或 AlInGaAs层。在一种替代的实施方式中，在变质缓冲器的三