太阳能电池叠堆的制作方法
【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叠堆。
【背景技术】
[0002] 在ΙΙΙ-ν型多族太阳能电池的外延中使用所谓变质缓冲器（metamorphe Puffer)，以便在变质缓冲器上以高的质量沉积由具有与衬底的或者位于缓冲器下方的层 的晶格常数不同的晶格常数的材料构成的半导体层。通过变体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，例如对于多族太阳能电池的不同元 件而言可以增大材料选择的空间并且提高多族太阳能电池的效率。
[0003] 期望的是，在制造期间普遍地增大变体缓冲器的晶格常数。由此，使缓冲器的大 多层压缩地撑紧，其中与拉伸地撑紧的缓冲器相比错位均匀地构造并且尤其产生更少的裂 纹。此外期望的是，变体缓冲器所有层对于确定波长的光是透明的，使得光能够在其他太阳 能电池中用于光电的能量转换。
[0004] 由A.Zakaria、RichardR.King、M.Jackson和M.S.Goorsky所著的《Comparison ofarsenideandphosphidebasedgradedbufferlayersusedininverted metamorphicsolarcells》（J.Appl.Phys. 112,024907(2012))已知分别具有变体缓冲器 的多种太阳能电池叠堆。此外，由US2013/0312818A1已知具有如在图4中所示出的那样 的变质缓冲器的太阳能电池叠堆。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）中公开了变质 太阳能电池叠堆。
[0005] 在J.Sch5ne所著的《KontrollevonSpannungsrelaxationundDefektbildung inmetamorphenIII-VHalbleiterheterostrukturenfurhocheffiziente Halbleiter_Solarzellen》(2009年博士论文，基尔技术学院）中公开了其他具有变质缓冲 器的太阳能电池叠堆。
[0006] 此外在变质缓冲器中期望的是，通过错位或者其他晶体缺陷的形成已经在缓 冲器中减少晶格应力，其中将晶体缺陷尽可能定位在缓冲器中。尤其应当防止丝线错 位（Fadenversetzungen)侵入到半导体层叠堆的其他部分中。为此，在变质缓冲器中 优选增大具有晶格常数的缓冲层的硬度，以便尤其减少错位蔓延到位于其上方的层中 和/或使位于其上方的层难以松弛。与此不同，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.)公开了，对于根据本申请的图5的由 三元化合物A10. 4InxGaO. 6-x(0 <X< 0. 6)构成的变质缓冲器（其中元素镓逐渐由铟替 代）晶格常数随着铟含量的增大而增大，而纳米硬度随着铟含量的增大而降低，在本附图2 中作为实线示出。
【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叠堆来解决。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叠堆，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 且所述太阳能电池叠堆具有变质缓冲器，其中所述变质缓冲器包括由下方的第一AlInGaAs 层或AlInGaP层和中间的第二AlInGaAs层或AlInGaP层以及上方的第三AlInGaAs层或 AlInGaP层组成的序列，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，其中在变质缓冲器中晶格常数沿着厚度延伸、即沿着变质缓冲器的层的序列 变化，其中在变质缓冲器的至少两个层之间晶格常数和In含量增大而A1含量减小。理解 为，所述三个层直接层叠或者在第一层和第二层之间和/或在第二层和第三层之间构造其 他层。
[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优点是，借助变质缓冲器下方的第一层中的高的A1含量尽 管另一增大的晶格常数但与位于其下方的层以及位于其上方的层相比，发生特别软的层、 即具有小的纳米硬度的层在缓冲器内的构造。以下，借助概念"纳米硬度"表示缓冲器的相 应层的硬度。要注意的是，纳米硬度以第一近似在单个层内视为均匀且恒定的。此外要注 意的是，借助下方第一层的概念表示那个离第一半导体太阳能电池最近地构造的层。借助 软层的构造，减轻缺陷匹配错位在下方的第一层中的形成。研究示出，错位优选构造在第一 层中并且保持在所述第一层中，并且不侵入到半导体太阳能电池的位于下方的和/或位于 上方的激活层。由此，防止激活层中的带电粒子扩散长度的不期望的减少以及太阳能电池 叠堆中的半导体太阳能电池的效率的降低。换言之，借助具有与变质缓冲器的其他层相比 最高的铝含量的第一层的构造并且与直接与变质缓冲器材料锁合地连接的其他层相比在 第一层中引入一种"期望断裂位置（Sollbruchstelle) "，其方式是，与环绕的层相比特别软 地构造第一层。
[0012] 当变质缓冲器中的半导体层的硬度根据本发明随着晶格常数的增大而增大时，在 具有较小晶格常数且较小硬度的层几乎完全松驰之前，使具有较大晶格常数且较大硬度的 层松驰。理解为，最软的不完全松驰的层分别构造"期望断裂位置"。
[0013] 另一个优点是，借助第一层的引入减小通过压缩的或者扩张的应力的影响引起的 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在原处制造太阳能电池叠堆的全部层。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。可靠地从变质缓冲器内的"期望 断裂位置"减轻缺陷位置或者错位的构造，这有助于半导体层叠堆的松弛，其中通过硬度梯 度的变化同时抑制缺