太阳能电池装置的制造方法
【专利摘要】一种太阳能电池装置，具有多结太阳能电池和保护二极管结构，其中所述多结太阳能电池和所述保护二极管结构具有一个共同的背侧面以及通过台面型沟槽分离的前侧，所述共同的背侧面包括导电层并且光通过所述前侧进入到所述多结太阳能电池中，其中所述多结太阳能电池包括由多个太阳能电池组成的叠堆并且具有最接近所述前侧地布置的上太阳能电池和最接近所述背侧地布置的下太阳能电池，每一个太阳能电池包括一个np结并且在相邻的太阳能电池之间布置有隧道二极管，并且在所述保护二极管结构中的半导体层的数量小于在所述多结太阳能电池中的半导体层的数量，然而在所述保护二极管结构中的半导体层的顺序相应于所述多结太阳能电池的半导体层的顺序。
【专利说明】
太阳能电池装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种太阳能电池装置。
【背景技术】
[0002]由EP1008 188 AUUS 6 600 100 A2、EP I 443 566 Al和US 7 449 630 A2已知用于具有多结太阳能电池(Mehrfachsolarzelle)和保护二极管结构的太阳能电池装置的不同方案。此外，由DE 10 2004 055 225 Al和DE 10 2004 023 856 Al并且尤其由G.F.X.Strobl 等所发表的Evolut1n of Fully European Triple GaAs Solar Cell，Proc.(第7届欧洲空间电力会议，意大利，斯特雷萨，2005年5月9_13日，(ESA SP-589，2005年5月))已知构成所述类型的其他太阳能电池装置。特别地，EP I 008 188 Al在太阳能电池叠堆的上侧上仅仅具有已知的由P+掺杂的AlGaAs构成的窗层，所述窗层直接平置在GaInP部分单元上，而在保护结构上直接将金属构造到隧道二极管的η++掺杂的部分层上。
【发明内容】
[0003]在此背景下，本发明的任务在于，说明一种扩展现有技术的装置。
[0004]所述任务通过具有权利要求1的特征的太阳能电池装置来解决。本发明的有利构型是从属权利要求的主题。
[0005]根据本发明的主题，提供一种太阳能电池装置，其具有多结太阳能电池和保护二极管结构，其中所述多结太阳能电池和所述保护二极管结构具有一个共同的背侧面和通过台面型沟槽(Mesa-Graben)分离的前侧，并且所述共同的背侧面包括导电层并且光通过所述前侧进入到所述多结太阳能电池中，其中所述多结太阳能电池包括由三个或更多个太阳能电池组成的叠堆并且具有最接近所述前侧地布置的上太阳能电池和最接近所述背侧地布置的下太阳能电池，并且每一个太阳能电池包括一个np结并且在相邻的太阳能电池之间布置有隧道二极管，并且所述保护二极管结构中的半导体层的数量小于所述多结太阳能电池中的半导体层的数量，然而所述保护二极管结构中的半导体层的顺序相应于所述多结太阳能电池的半导体层的顺序，其中在所述保护二极管结构中构造有至少一个上保护二极管和至少一个最接近所述背侧地布置的下保护二极管并且在相邻的保护二极管之间布置有隧道二极管，并且所述保护二极管结构中的np结的数量比所述多结太阳能电池的np结的数量至少小I，在所述多结太阳能电池和所述保护二极管结构的前侧上构造有连接接触结构和在所述连接接触结构下方的由多个半导体层组成的导电接触层，所述连接接触结构包含一个或多个金属层，并且所述接触层包括隧道二极管。
[0006]要注意的是，台面型沟槽完全构造在保护二极管结构的层叠堆和叠堆状的多结太阳能电池之间，从而所述两个叠堆在其上侧完全分离并且仅仅在下侧具有共同构造的连续层。也要注意的是，多结太阳能电池和保护二极管结构构造为np结，即从前侧看η层布置在P层之上。
[0007]不言而喻，保护二极管结构的层叠堆在前侧虽然具有与多结太阳能电池相同的连接接触结构，所述连接接触结构尤其具有金属层，然而与多结太阳能电池相比，在保护二极管上的连接接触结构之下蚀刻掉多个层。由此，保护二极管结构具有更少的半导体层。也优选的是，太阳能电池装置包括半导体晶片，特别优选地包括锗晶片。通常，多结太阳能电池占据绝大部分、优选超过晶片面积的90%，而保护二极管结构布置在晶片的角中的一个上。在晶片表面的俯视图中，所述两个结构并排地布置并且通过台面型沟槽分离。
[0008]此外不言而喻，保护二极管结构和多结太阳能电池主要具有由II1-V半导体材料组成的层。在此，多结太阳能电池的各个太阳能电池具有不同的带隙，其中最接近前侧地布置的上太阳能电池比中间太阳能电池具有更大的带隙，而中间太阳能电池比最接近背侧地布置的下太阳能电池具有更大的带隙。由此，光入射始终通过上太阳能电池发生。没有由上太阳能电池吸收的光谱入射到其他太阳能电池中。要指出的是，太阳能电池叠堆和保护结构优选单片地集成。在一种替代的实施方式中，相应的叠堆包含半导体键合面。在一种替代的实施方式中，太阳能电池叠堆具有多于三个太阳能电池。优选地，太阳能电池叠堆具有四个或五个或六个太阳能电池。
[0009]所述装置的一个优点是，借助金属接触部在隧道二极管上尤其在保护二极管结构中的构造提高保护二极管结构的可靠性和长时间稳定性。此外，对于保护二极管结构的构造而言不施加附加的半导体或金属层，而是使用多结电池的半导体和金属层用于保护二极管结构的前侧连接。换言之，保护二极管结构和多结电池具有相同的连接接触结构。两个不同接触系统的特征化和定性是多余的。
[0010]研究已经表明，借助隧道二极管的构造得到更好的产量或者更稳健的制造工艺。此外，可以灵活地利用生产工艺，即从多结太阳能电池出发可以在使用相同的连接接触结构的情况下借助少的附加工艺步骤制造保护二极管结构。
[0011]其他研究已经表明，附加的隧道二极管的引入在保护二极管结构中的较高的电流密度时也惊奇地仅仅不显著地影响电压降并且特别地保护二极管结构的连通行为没有变化。也表明，为了制造隧道二极管引入附加层不降低而是提高产量。
[0012]在一种实施方式中，导电层在背侧具有一个或多个金属层和/或一个或多个布置在所述金属层上的半导体层。尤其在使用锗衬底晶片的情况下有利的是，设置由锗组成的半导体层，即为了构造台面型沟槽的台面型蚀刻在锗衬底中停止。
[0013]在一种扩展方案中，在连接接触结构和隧道二极管之间构造有P掺杂半导体层。优选地，所述P掺杂半导体层包括GaInP和/或GaAs的化合物，并且接触层在前侧包括一个或多个金属层。
[00M]研究已经表明，当所述连接接触结构包括由AuZn合金组成的层和/或由Ag的化合物组成的层和/或由Au的化合物组成的层和/或由Zn合金组成的层时，是有利的。由此，尤其可以在P掺杂半导体层上实现低欧姆连接。换言之有利的是，在P掺杂半导体层上材料锁合地构造金属层。
[0015]在一种实施方式中，所述隧道二极管由至少一个负掺杂层和至少一个正掺杂层构成，其中所述负掺杂通过元素Si和/或Te和/或Se实现，和/或，所述正掺杂通过元素C和/或Zn和/或Mg实现。优选地，所述层的掺杂材料浓度大于I X 1018cm—3、最优选地大于3 X 118Cm
-3
O
[0016]在另一实施方式中，隧道二极管构造在所述上太阳能电池和所述连接接触结构之间。优选地，所述隧道二极管由至少两个相互重叠的由GaA化合物组成的层构造，其中所述层中的至少一个层或所述两个层具有在1%和40%之间的铝含量。最优选地，所述层的一个层中的Al含量或者两个层中的Al含量在5 %和20 %之间。
[0017]在另一扩展方案中，所述多结太阳能电池具有中间太阳能电池。优选的是，所述上太阳能电池包括GaInP并且所述中间太阳能电池包括GaAs或GaInAs并且所述下太阳能电池包括Ge。
[0018]在一种优选的实施方式中，所述多结太阳能电池包括多于三个太阳能电池。不言而喻，随着具有不同带隙的太阳能电池的数量的增加，相应的太阳能电池的带隙可以更简单地相互协调并且可以提高所述装置的效率。
[0019]在另一扩展方案中，所述保护二极管的连接接触结构至少部分地或者完全地直接与P掺杂半导体层邻接，其中优选地，所述P掺杂半导体层由GaInP和/或AlGaAs和/SGaAs和/或Ga I nAs的化合物组成。在一种替代的实施方式中，所述多结太阳能电池的连接接触结构至少部分地或者完全地直接与正掺杂半导体层邻接，其中所述半导体层由GaAs的化合物组成。换言之，连接接触结构至少部分地或者完全地构造与P掺杂半导体层的材料锁合的连接。
[0020]在一种实施方式中，所述保护二极管的和所述多结太阳能电池的连接接触结构具有相同的层序列。不言而喻，所述两个层叠堆优选外延地生长为共同连续的层并且在所述层的生长之后所述两个叠堆才借助台面型蚀刻分离。
[0021]在一种优选的扩展方案中，所述保护二极管结构和所述多结太阳能电池包括半导体镜，其中所述半导体镜的层具有大于11Vcm3的掺杂。借助高的掺杂，半导体镜具有更低的电阻。优选地，半导体镜构造在两个相邻的太阳能电池之间。
[0022]在一种扩展方案中，所述保护二极管的前侧不与所述多结太阳能电池的背侧导电连接。相反地，保护二极管结构与另一晶片的多结太阳能电池连接，即该晶片的保护结构保护最接近的、优选直接相邻的晶片的太阳能电池结构。
【附图说明】
[0023]下面参考附图详细阐述本发明。在此，相同的部分标有相同的标记。所示实施方式是强烈示意性的，即间距以及横向和垂直的延展是不按比例的并且只要没有说明也不具有可导出的相互几何关系。附图示出:
[0024]图1:根据本发明的第一实施方式的横剖图；
[0025]图2:在图1中所示出的横剖图的详细实施方式。
【具体实施方式】
[0026]图1的示图示出太阳能电池装置SV的根据本发明的第一实施方式的横剖图，所述太阳能装置具有多结太阳能电池MS和保护二极管结构SD，其中多结太阳能电池MS和保护二极管结构SD具有一个共同的背侧面RF和通过台面型沟槽MG分离的前侧。所述共同的背侧面RF包括导电层MR。多结太阳能电池MS包括由多个太阳能电池SC 1、SC2、SC3组成的叠堆，它们具有最接近前侧地布置的上太阳能电池SCl并且具有中间太阳能电池SC2并且具有最接近背侧地布置的下太阳能电池SC3。每一个太阳能电池SC1、SC2、SC3包括一个没有示出的np结。在相邻的太阳能电池SC1、SC2以及SC2、SC3之间分别布置有隧道二极管TD。
[0027]虽然所述保护二极管结构SD中的半导体层的数量小于所述多结太阳能电池MS中的半导体层的数量，然而在所述保护二极管结构SD中的剩余的半导体层的顺序与所述多结太阳能电池MS的半导体层的顺序相同。所述保护二极管结构SD包括上保护二极管Dl和最接近所述背侧地布置的下保护二极管D2。在两个保护二极管Dl和D2之间布置有隧道二极管TD0
[0028]不言而喻，所述保护二极管结构SD中的np结的数量比所述多结太阳能电池MS的np结的数量小I。
[0029]在所述多结太阳能电池MS和所述保护二极管结构SD的前侧上构造有连接接触结构M，所述连接接触结构由多个没有示出的金属层组成。在多结太阳能电池MS中，在连接接触结构M之下构造有由多个没有详细示出的半导体层组成的导电接触层C。所述多个半导体层包括隧道二极管TD。在连接接触结构M和隧道二极管TD之间构造有P掺杂半导体层PHL作为接触层C的一部分。
[0030]在保护二极管结构SD中，在所述连接接触结构M之下构造有由多个没有详细示出的半导体层组成的导电接触层Cl。所述多个半导体层包括隧道二极管TD。在连接接触结构M和隧道二极管TD之间构造有P掺杂半导体层PHLl作为接触层Cl的一部分。
[0031]在图2的示图中示出在图1中所示出的横剖图的详细实施方式。下面仅仅阐述与图1的示图的区别。
[0032]连接接触结构M由平置的金层和位于所述金层之下的由银构成的层和位于所述银层之下的由AuZn合金构成的层组成。在AuZn层之下，在多结太阳能电池MS中构造有由GaAs化合物组成的P掺杂半导体层PHL，而在保护二极管结构SD中构造有由p-GalnP化合物组成的P掺杂半导体层PHLl。在隧道二极管TD之下，在多结太阳能电池MS中是属于接触层C的η掺杂的GaAs层，而在保护二极管结构SD中位于所述隧道二极管之下的η掺杂的n-GalnAs层已经属于上保护二极管，即不再由接触层Cl包括。
[0033]在接触层C之下，太阳能电池叠堆MS具有上太阳能电池SCl，所述上太阳能电池具有η掺杂的GaInP发射极层和P掺杂的GaInP基极层。在TD之下，中间太阳能电池SC2具有η掺杂的InGaAs发射极层和P掺杂的InGaAs基极层。在TD之下，下太阳能电池SC3具有η掺杂的Ge发射极层和P掺杂的Ge基极层。
[0034]在接触层Cl之下，保护二极管结构SD在隧道二极管TD之下具有上保护二极管Dl，所述上保护二极管具有η掺杂的InGaAs层和P掺杂的InGaAs层。在TD之下，下保护二极管D2具有η掺杂的Ge层和P掺杂的Ge层。P掺杂的Ge基极层是对于太阳能电池叠堆MS和保护二极管结构SD而言共同的层。
[0035]在P掺杂的Ge基极层之下，对于背侧连接接触部MR构造有金/锗层AU/GE。在所述金/锗层AU/GE之下构造有AG层并且在所述AG层之下构造有AU层。
[0036]要注意的是，所述实施方式也可以转移到η结太阳能电池SCn(未示出)上。在此，η是大于3的自然数。保护二极管D1、D2、DN的数量N比太阳能电池的数量至少小1，即适用于二极管数量N=n-1。
【主权项】
1.一种太阳能电池装置(SV)，其具有多结太阳能电池(MS)和保护二极管结构(SD)，其中，所述多结太阳能电池(MS)和所述保护二极管结构(SD)具有一个共同的背侧面(RF)和通过台面型沟槽(MG)分离的前侧，并且 所述共同的背侧面(RF)包括导电层，并且 光通过所述前侧进入到所述多结太阳能电池(MS)中， 其中，所述多结太阳能电池(MS)包括由多个太阳能电池(SCl，SC2，SC3)组成的叠堆并且具有最接近所述前侧地布置的上太阳能电池(SCl)和最接近所述背侧地布置的下太阳能电池(SC3)，并且每一个太阳能电池(SC1，SC2，SC3)包括一个np结并且在相邻的太阳能电池之间布置有隧道二极管(TD)，并且所述保护二极管结构(SD)中的半导体层的数量小于所述多结太阳能电池(MS)中的半导体层的数量，然而所述保护二极管结构(SD)中的剩余的半导体层的顺序与所述多结太阳能电池(MS)的半导体层的顺序相同，其中， 在所述保护二极管结构(SD)中构造有至少一个上保护二极管(Dl)和至少一个最接近所述背侧地布置的下保护二极管(D2)，并且在相邻的保护二极管(D1，D2)之间布置有隧道二极管(TD)，并且 所述保护二极管结构(SD)中的np结的数量比所述多结太阳能电池(MS)的np结的数量至少小1， 其特征在于， 在所述多结太阳能电池(MS)和所述保护二极管结构(SD)的前侧上构造有连接接触结构(M)和在所述连接接触结构(M)之下的由多个半导体层组成的导电接触层(C，C1)，所述连接接触结构包含一个或多个金属层，并且所述多个半导体层包括隧道二极管(TD)。2.根据权利要求1所述的太阳能电池装置(SV)，其特征在于，在所述连接接触结构(M)和所述隧道二极管(TD)之间构造有P掺杂半导体层(PHL，PHL1)作为所述接触层(C，C1)的一部分。3.根据权利要求2所述的太阳能电池装置(SV)，其特征在于，所述P掺杂半导体层包括GaInP的化合物和/或GaAs的化合物。4.根据以上权利要求中任一项所述的太阳能电池装置(SV)，其特征在于，所述连接接触结构(M)包括由AuZn合金组成的层和/或由Ag的化合物组成的层和/或由Au的化合物组成的层和/或由Zn合金组成的层。5.根据以上权利要求中任一项所述的太阳能电池装置(SV)，其特征在于，所述隧道二极管(TD)由至少一个负掺杂层和至少一个正掺杂层构成，其中，所述负掺杂通过元素Si和/或Te和/或Se实现，和/或，所述正掺杂通过元素C和/或Zn和/或Mg实现，并且所述层的掺杂材料浓度大于I X 1018cm—3。6.根据以上权利要求中任一项所述的太阳能电池装置(SV)，其特征在于，隧道二极管(TD)构造在所述上太阳能电池(SCl)和所述连接接触结构(M)之间，并且所述隧道二极管(TD)由至少两个相互重叠的由GaA化合物组成的层构造，和/或，所述两个层中的至少一个具有在I %和40%之间的铝含量。7.根据以上权利要求中任一项或多项所述的太阳能电池装置(SV)，其特征在于，所述多结太阳能电池(MS)具有中间太阳能电池(SC2)，并且所述上太阳能电池(SCl)包括GalnP，并且所述中间太阳能电池(SC2)包括GaAs或GalnAs，并且所述下太阳能电池(SC3)包括Ge。8.根据以上权利要求中任一项或多项所述的太阳能电池装置(SV)，其特征在于，所述多结太阳能电池(MS)包括多于三个太阳能电池(SCl，SC2 ； SC3，SCn)。9.根据以上权利要求中任一项或多项所述的太阳能电池装置(SV)，其特征在于，所述保护二极管(M)的连接接触结构至少部分地直接与正掺杂半导体层邻接，其中，所述半导体层由Ga I nP和/或AI GaAs的化合物组成，和/或，所述多结太阳能电池(MS)的连接接触结构(M)至少部分地直接与正掺杂半导体层邻接，其中，所述半导体层由GaAs的化合物组成。10.根据以上权利要求中任一项或多项所述的太阳能电池装置(SV)，其特征在于，所述保护二极管的和所述多结太阳能电池(MS)的连接接触结构(M)具有相同的层序列。11.根据以上权利要求中任一项或多项所述的太阳能电池装置(SV)，其特征在于，所述保护二极管结构(SD)和所述多结太阳能电池(MS)包括半导体镜，并且所述半导体镜的层具有大于I O1Vcm3的掺杂。12.根据以上权利要求中任一项或多项所述的太阳能电池装置(SV)，其特征在于，所述保护二极管的前侧不与所述多结太阳能电池(MS)的背侧导电连接。
【文档编号】H01L31/02GK105938854SQ201610115399
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月1日
【发明人】M·莫伊泽尔, W·克斯特勒, D·富尔曼, T·劳尔曼
【申请人】阿聚尔斯佩西太阳能有限责任公司