太陽(yáng)能電池疊堆的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的太陽(yáng)能電池疊堆。
【背景技術(shù)】
[0002] 在ΙΙΙ-ν型多族太陽(yáng)能電池的外延中使用所謂變質(zhì)緩沖器（metamorphe Puffer)，以便在變質(zhì)緩沖器上以高的質(zhì)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(shù)不同的晶格常數(shù)的材料構(gòu)成的半導(dǎo)體層。通過變體緩沖器構(gòu)成所謂的具有與原 始襯底的晶格常數(shù)不同的晶格常數(shù)的虛擬襯底。由此，例如對(duì)于多族太陽(yáng)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(yáng)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(shù)。由此，使緩沖器的大 多層壓縮地?fù)尉o，其中與拉伸地?fù)尉o的緩沖器相比錯(cuò)位均勻地構(gòu)造并且尤其產(chǎn)生更少的裂 紋。此外期望的是，變體緩沖器所有層對(duì)于確定波長(zhǎng)的光是透明的，使得光能夠在其他太陽(yáng) 能電池中用于光電的能量轉(zhuǎn)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(yáng)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(zhì)緩沖器的太陽(yáng)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(zhì) 太陽(yáng)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(shù)學(xué)院）中公開了其他具有變質(zhì)緩沖 器的太陽(yáng)能電池疊堆。
[0006] 此外在變質(zhì)緩沖器中期望的是，通過錯(cuò)位或者其他晶體缺陷的形成已經(jīng)在緩 沖器中減少晶格應(yīng)力，其中將晶體缺陷盡可能定位在緩沖器中。尤其應(yīng)當(dāng)防止絲線錯(cuò) 位（Fadenversetzungen)侵入到半導(dǎo)體層疊堆的其他部分中。為此，在變質(zhì)緩沖器中 優(yōu)選增大具有晶格常數(shù)的緩沖層的硬度，以便尤其減少錯(cuò)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(duì)于根據(jù)本申請(qǐng)的圖5的由 三元化合物A10. 4InxGaO. 6-x(0 <X< 0. 6)構(gòu)成的變質(zhì)緩沖器（其中元素鎵逐漸由銦替 代）晶格常數(shù)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(shí)線示出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 由此，本發(fā)明的任務(wù)是說明一種擴(kuò)展現(xiàn)有技術(shù)的裝置。
[0008] 所述任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的太陽(yáng)能電池疊堆來解決。從屬權(quán)利要求的 主題是本發(fā)明的有利構(gòu)型。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的主題提供一種太陽(yáng)能電池疊堆，其具有第一半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池，其 中所述第一半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池具有由第一材料構(gòu)成的pn結(jié)，所述第一材料具有第一晶格 常數(shù)，并且具有第二半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池，其中所述第二半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池具有由第二材料 構(gòu)成的pn結(jié)，所述第二材料具有第二晶格常數(shù)，其中第一晶格常數(shù)小于第二晶格常數(shù)，并 且所述太陽(yáng)能電池疊堆具有變質(zhì)緩沖器，其中所述變質(zhì)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(zhì)緩沖器構(gòu)造在第一半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池和第二半導(dǎo)體太陽(yáng) 能電池之間，其中在變質(zhì)緩沖器中晶格常數(shù)沿著厚度延伸、即沿著變質(zhì)緩沖器的層的序列 變化，其中在變質(zhì)緩沖器的至少兩個(gè)層之間晶格常數(shù)和In含量增大而A1含量減小。理解 為，所述三個(gè)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(gòu)造其 他層。
[0010] 要注意的是，變質(zhì)緩沖器的層數(shù)是至少三個(gè)，然而根據(jù)應(yīng)用情況也可以制造六層 或者直至三十層或更多單獨(dú)的層。此外要注意的是，通常薄地、優(yōu)選在600nm以下、最優(yōu) 選在300nm以下構(gòu)造變質(zhì)緩沖器的各個(gè)層。此外，材料的晶格常數(shù)總是涉及沒有夾緊的狀 態(tài)。特別地，基本上在兩個(gè)層之間的接合點(diǎn)（FUgungsstelle)處兩個(gè)鄰接的層的橫向的 (in-plane)晶格常數(shù)幾乎相等，而垂直的（out-of-plane)晶格常數(shù)和沒有夾緊的情形中 的晶格常數(shù)不同。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)點(diǎn)是，借助變質(zhì)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(shù)但與位于其下方的層以及位于其上方的層相比，發(fā)生特別軟的層、 即具有小的納米硬度的層在緩沖器內(nèi)的構(gòu)造。以下，借助概念"納米硬度"表示緩沖器的相 應(yīng)層的硬度。要注意的是，納米硬度以第一近似在單個(gè)層內(nèi)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(gè)離第一半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池最近地構(gòu)造的層。借助 軟層的構(gòu)造，減輕缺陷匹配錯(cuò)位在下方的第一層中的形成。研究示出，錯(cuò)位優(yōu)選構(gòu)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(dǎo)體太陽(yáng)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(kuò)散長(zhǎng)度的不期望的減少以及太陽(yáng)能電池 疊堆中的半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的效率的降低。換言之，借助具有與變質(zhì)緩沖器的其他層相比 最高的鋁含量的第一層的構(gòu)造并且與直接與變質(zhì)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(huán)繞的層相比特別軟 地構(gòu)造第一層。
[0012] 當(dāng)變質(zhì)緩沖器中的半導(dǎo)體層的硬度根據(jù)本發(fā)明隨著晶格常數(shù)的增大而增大時(shí)，在 具有較小晶格常數(shù)且較小硬度的層幾乎完全松馳之前，使具有較大晶格常數(shù)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(gòu)造"期望斷裂位置"。
[0013] 另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，借助第一層的引入減小通過壓縮的或者擴(kuò)張的應(yīng)力的影響引起的 半導(dǎo)體襯底的彎曲。尤其在外延中的其他層的增長(zhǎng)（Aufwachsen)時(shí)實(shí)現(xiàn)層增長(zhǎng)的改善的 均勻性和改善的可復(fù)現(xiàn)性并且可以在原處制造太陽(yáng)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(shù)或者帶距（以下也稱作帶隙的能量）的半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)單且低 成本地以及以高的效率在外延過程的范疇中連續(xù)地增長(zhǎng)。可靠地從變質(zhì)緩沖器內(nèi)的"期望 斷裂位置"減輕缺陷位置或者錯(cuò)位的構(gòu)造，這有助于半導(dǎo)體層疊堆的松弛，其中通過硬度梯 度的變化同時(shí)抑制缺