阅读说明：本技术 具有背侧接通的正侧的多结太阳能电池 (Multijunction solar cell with a front side that is connected on the rear side ) 是由 W·克斯特勒 于 2020-08-26 设计创作，主要内容包括：一种具有背侧接通的正侧的堆叠状的多结太阳能电池,该多结太阳能电池按顺序地彼此相继地具有构成多结太阳能电池的背侧的锗衬底、锗子电池以及至少两个III-V族子电池,并且具有从多结太阳能电池的正侧穿过子电池延伸至背侧的敷镀贯通开口和引导通过该敷镀贯通开口的金属的连接接通部,其中,敷镀贯通开口具有连贯的侧面和椭圆形横截面的外周,其中,从多结太阳能电池的正侧到背侧,敷镀贯通开口的直径台阶状地降低,其中,锗子电池的正侧构造有向敷镀贯通开口突出的具有第一出口深度的周向第一台阶,其中,从锗子电池的位于锗子电池的pn结下方的区域中构造有向敷镀贯通开口突出的具有第二出口深度的周向第二台阶。(A multi-junction solar cell in the form of a stack with a front side which is connected on the rear side, which multi-junction solar cell has, in succession one after the other, a germanium substrate which forms the rear side of the multi-junction solar cell, a germanium subcell and at least two III-V subcells, and having plated through openings extending from the front side of the multijunction solar cell through the subcell to the back side and connection vias leading through the metal of the plated through openings, wherein the plated through opening has a continuous lateral surface and an outer circumference with an elliptical cross section, wherein the diameter of the plated through opening decreases stepwise from the front side to the back side of the multijunction solar cell, wherein the front side of the germanium sub-cell is configured with a circumferential first step protruding towards the plated through opening and having a first outlet depth, wherein a circumferential second step with a second exit depth protruding towards the plated through opening is configured from a region of the germanium sub-cell located below the pn-junction of the germanium sub-cell.)

具有背侧接通的正侧的多结太阳能电池

技术领域

本发明涉及一种具有背侧接通的正侧的堆叠状的多结太阳能电池。

背景技术

为了减少遮蔽太阳能电池的正侧，可以不仅将正外接通面、而且将负外接通面布置在背侧上。在所谓的金属贯穿孔(英语metal wrap through，缩写MWT)太阳能电池中，例如通过从背侧的敷镀贯通开口来接通太阳能电池正侧。

已知用于制造穿过太阳能电池的孔或敷镀贯通开口的不同方法，所述不同的方法导致相应的不同的敷镀贯通开口。

由《Die Metal Wrap Through Solarzelle-Entwicklung undCharaktersierung》F.Clement，博士论文，2009年2月已知一种用于由多晶硅制成的MWT单结太阳能电池的制造工艺，其中，借助UV激光或IR激光在mc硅衬底层中产生敷镀贯通开口。

然后才借助磷扩散沿着敷镀贯通开口的上侧和侧面以及太阳能电池的下侧产生发射层。借助丝网印刷以导电的贯通膏(Via-Paste)(例如银膏)填充所述敷镀贯通开口。

借助激光可以在贯通孔的区域中实现非常光滑的侧面，此外在激光烧蚀工艺下不会出现底切。但是，借助激光烧蚀来产生穿过现有的pn结的孔可能会导致短路。

由《III-V multi-junction metal-wrap-through(MWT)concentrator solarcells》，E.Oliva等人，议事录，第32届欧洲PV太阳能会议暨展览会，慕尼黑，2016年，1367-1371页已知一种具有敷镀贯通开口的倒置生长型GalnP/AlGaAs太阳能电池结构，其中，使具有pn结的太阳能电池结构外延地生长，然后才借助干法蚀刻产生敷镀贯通开口。然后，以隔离层对贯通开口的侧面进行涂覆，接着以电镀铜填充贯通开口。

由US 9 680 035 B1中已知一种太阳能电池堆叠，该太阳能电池堆叠包括在具有背侧接通的正侧的GaAs衬底上的多个III-V族子电池，其中，借助湿法化学蚀刻工艺产生从太阳能电池的上侧穿过子电池延伸到尚未变薄的衬底层中的孔。

蚀刻工艺基于这样的事实，即至少对于太阳能电池堆叠所使用的不同III-V族材料，蚀刻速率没有显著差异。该孔只有通过衬底层的变薄才能向下开口。在衬底层的变薄之前，执行对正侧和孔的钝化和金属化。与相应的干法蚀刻工艺相比，湿法化学蚀刻的优点在于，孔的侧壁具有更光滑的表面，并且可以保形且没有缺陷地沉积钝化层。

发明内容

在这种背景下，本发明的任务在于说明一种扩展现有技术的设备。

通过具有根据本发明的特征的堆叠状的多结太阳能电池来解决该任务。本发明的有利构型是从属权利要求的主题。

根据本发明的主题，提供一种具有背侧接通的正侧的堆叠状的多结太阳能电池。

该多结太阳能电池按顺序地(in der genannten Reihenfolge)彼此相继地具有锗衬底和至少两个III-V族子电池，该锗衬底构成该多结太阳能电池的背侧并且具有锗子电池。

此外，该多结电池具有至少一个敷镀贯通开口和金属的连接接通部，所述敷镀贯通开口从多结太阳能电池的正侧穿过子电池延伸至背侧，所述金属的连接接通部穿过所述敷镀贯通开口。

该敷镀贯通开口具有连贯的侧面和横截面椭圆形的外周。

敷镀贯通开口的直径从多结太阳能电池的正侧向背侧台阶状地减小，其中，在从正侧出发朝向锗子电池的方向的投影中构造有环绕的第一台阶，该第一台阶突出到敷镀贯通开口中并且具有第一出口深度。

此外，由位于锗子电池的pn结以下的区域构造有环绕的第二台阶，该第二台阶突出到敷镀贯通开口中并且具有第二出口深度。

根据一种扩展方案，该多结太阳能电池具有恰好两个敷镀贯通开口。

应当理解，多结太阳能电池的各个子电池分别具有一个pn结，并且所述子电池在跟随衬底的层上彼此外延地产生和/或借助晶片键合彼此连接。

此外应当理解，Ge子电池具有锗或由锗组成，其中，由锗组成的层除了锗以外可能还包含其他物质——尤其掺杂剂，但也可能包含杂质。相应地，也适用于III-V族子电池，其具有一种或多种III主族以及V主族的材料或由这些材料或这些材料组合组成。

敷镀贯通开口的在多结太阳能电池的上侧的区域中较大的直径和敷镀通孔的向下台阶状地逐渐变细的走向没有下方蚀刻由此确保可以以简单的方式(例如借助气相沉积)可靠地且无缺陷地施加涂层(例如隔离层)。

此外，可以以简单的方式制造台阶式的贯通开口——例如借助两段式蚀刻工艺(无下方蚀刻地去除所有pn结)和随后的激光烧蚀工艺，即使尚未减薄或未特别减薄Ge衬底，也可以实现快速且简单地切断(Durchtrennen)剩余的Ge子电池与Ge衬底。

根据本发明的多结太阳能电池的优点是在相对低的制造成本的情况下的特别高的可靠性和效率。

根据第一实施方式，敷镀贯通开口的侧面涂覆有介电的隔离层。

优选地，金属的连接接通部构造为在介电的隔离层上从多结太阳能电池的正侧延伸至背侧的金属的接通层。

在另一实施方式中，III-V族子电池总共具有5-15μm或6-8μm的层厚度。

根据另一扩展方案，敷镀贯通开口在多结太阳能电池的正侧处具有至少300μm或至少400μm或至少450μm的直径，其中，该直径不大于1mm。

根据另一扩展方案，敷镀贯通开口的侧面在台阶之间和/或在第一台阶以上和/或在第二台阶以下分别相对于敷镀贯通开口的纵向轴线具有至多10°或至多2°或至多1°或至多0.1°的角度。

在另一实施方式中，第一台阶的第一出口深度是至少100μm或至少200μm。

在另一实施方式中，第二台阶的第二出口深度是至少5μm或至少10μm。

在另一扩展方案中，锗子电池与锗衬底层总共具有80-300μm或140-160μm或80-120μm的层厚度。

根据另一实施方式，第二台阶到第一台阶的上升高度是1-4μm或1-3μm或2μm。

根据另一实施方式，多结太阳能电池包括例如由InGaP制成的III-V族覆盖层，该III-V族覆盖层构成正侧并且具有150-500nm的厚度和至少1.86eV的带隙。

附图说明

以下参照附图进一步阐述本发明。在此，以相同的名称标记相同类型的部分。所示的实施方式是极其示意性的——即距离以及横向和竖直延伸不成比例并且彼此之间不具有可推导的几何关系，除非另有说明。附图示出：

图1示出具有背侧接通的正侧的堆叠状的多结太阳能电池的敷镀贯通开口的根据本发明的第一实施方式的截面图；

图2示出多结太阳能电池的根据本发明的一种实施方式的俯视图；

图3示出多结太阳能电池的根据本发明的一种实施方式的背侧视图；

图4示出敷镀贯通开口的根据本发明的另一实施方式的截面图。

具体实施方式

图1的图示以截面图示出具有背侧接通的正侧的堆叠状的多结太阳能电池10的局部视图。多结太阳能电池具有上侧10.1和下侧10.2以及从上侧10.1延伸至下侧10.2的贯通开口12。

下侧10.2由锗衬底14构成。在锗衬底上按顺序地跟随有锗子电池16、第一III-V族子电池18和构成上侧10.1的第二III-V族子电池20。

两个III-V族子电池18和20总共具有第一层厚度H1。锗衬底13与锗子电池总共具有第二层厚度H2。

贯通开口12具有侧面12.1，其中，该侧面12.1如同圆柱体的包覆面一样连贯地构造并且在截面中具有卵形(例如圆形或椭圆形)的形状。

贯通开口12还具有两个台阶24和26。第一台阶24由锗子电池16的正侧16.1构成，其中，上侧16.1构成具有在径向方向上恒定的出口深度S1的环绕的出口面。

第二台阶26位于锗子电池16的在锗子电池16的pn结16.2以下的区域中，并且具有出口深度为S2的环绕的出口面。

敷镀贯通开口12的侧面12.1以及上侧10.1和下侧10.2的与贯通开口12邻接的区域被介电的隔离层28覆盖。

金属的连接接通部22构造为金属的接通层，其从多结太阳能电池10的上侧10.1在介电的隔离层28上与介电的隔离层28邻接的区域延伸穿过敷镀贯通开口直到多结太阳能电池的下侧10.2的被介电的隔离层28覆盖的区域。

金属的接通层22不仅与多结太阳能电池10的上侧10.1、而且与介电的隔离层28材料锁合(stoffschlüssig)地连接。

在图2的图示中，以正侧10.1的俯视图示出多结太阳能电池的另一实施方式。以下仅阐述与图1的图示的区别。

多结太阳能电池10具有恰好两个敷镀贯通开口12，其中，两个敷镀贯通开口12分别布置在汇流条(Sammelschiene)的端部，并且金属的接通层22分别与接通条(Kontaktschiene)导电地连接。

接通指(Kontaktfinger)以规则的间隔在多结太阳能电池的上侧10.1上垂直于母线地延伸，其中，每个接通指与母线和/或接通层22中的一个导电地连接。

在图3的图示中，以背侧10.2的俯视图示出多结太阳能电池的另一实施方式。以下仅阐述与图1的图示的区别。

多结太阳能电池10具有恰好两个敷镀贯通开口12。两个敷镀贯通开口被连贯的介电的隔离层28包围。

在图4的图示中，示出多结太阳能电池的另一实施方式的贯通开口区域中的截面图，其中，以下仅阐述与图1的图示的区别。

为了清楚起见，未示出电介质层28和金属的接通层22。

该多结太阳能电池在第二III-V族子电池20上具有III-V族覆盖层30(例如InGaP层)，该III-V族覆盖层构成多结太阳能电池10的上侧10.1。

例如通过两个蚀刻工艺和一个激光烧蚀工艺产生的贯通开口具有三个区域，所述三个区域分别由台阶S1或S2中的一个分开。

第一区域从多结太阳能电池10的上侧10.1延伸至锗子电池的上侧16.2，其中，第一区域具有恒定的或在锗子电池的方向上仅略微减小的直径D1。

第二区域从锗子电池16的上侧16.1延伸到锗子电池16中，并且具有恒定的或在锗衬底14的方向上减小的直径D2。

第三区域从第二台阶S2延伸至多结太阳能电池的下侧10.2，并且具有恒定的或在下侧10.2的方向上略微减小的直径D3。