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堆叠状的多结 太阳能 电池

阅读：201发布：2020-05-13

专利汇可以提供堆叠状的多结太阳能电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且堆叠状的多结太阳能电池 (MS)，其包括：具有第一带隙(Eg1a)和第一厚度(SD1a)的第一部分电池(SC1a)以及具有另外的第一带隙(Eg1b)和另外的第一厚度(SD1b)的另外的第一部分电池(SC1b)，其中，所述部分电池(SC1a，SC1b)中的每个具有发射极和基极，并且在所述部分电池(SC1a，SC1b)之间构造有隧道二极管 (TD)，其中，光射束在进入所述另外的第一部分电池(SC1b)之前进入所述第一部分电池(SC1a)，其中，所述第一带隙(Eg1a)比所述另外的第一带隙(Eg1b)大至多0.1eV，或所述第一带隙(Eg1a)比所述另外的第一带隙(Eg1b)大至多0.07eV，或所述第一带隙(Eg1a)比所述另外的第一带隙(Eg1b)大至多0.04eV，或所述第一带隙(Eg1a)比所述另外的第一带隙(Eg1b)大至多0.02eV，或所述第一带隙(Eg1a)与所述另外的第一带隙(Eg1b)一样大。，下面是堆叠状的多结太阳能电池专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种堆叠状的多结太阳能电池(MS)，其包括：
第一部分电池(SC1a)，其具有第一带隙(Eg1a)和第一厚度(SD1a)，
另外的第一部分电池(SC1b)，其具有另外的第一带隙(Eg1b)和另外的第一厚度(SD1b)，其中，
所述部分电池(SC1a，SC1b)中的每个具有发射极和基极，并且在所述部分电池(SC1a，SC1b)之间构造有隧道二极管(TD)，其中，光射束在进入所述另外的第一部分电池(SC1b)之前进入所述第一部分电池(SC1a)，并且
所述第一带隙(Eg1a)比所述另外的第一带隙(Eg1b)大至多0.1eV，或所述第一带隙(Eg1a)比所述另外的第一带隙(Eg1b)大至多0.07eV，或所述第一带隙(Eg1a)比所述另外的第一带隙(Eg1b)大至多0.04eV，或所述第一带隙(Eg1a)比所述另外的第一带隙(Eg1b)大至多0.02eV，或所述第一带隙(Eg1a)与所述另外的第一带隙(Eg1b)一样大，并且设置第二部分电池(SC2a)和第三部分电池(SC3a)，
其特征在于，
在所述第三部分电池(SC3a，SC3b)与所述第二部分电池(SD2a，SC2b)之间构造有变质缓冲层，并且所述第二部分电池(SC2a)或所述第三部分电池(SC3a)包括(Al)InGaAs化合物，并且包括所述(Al)InGaAs化合物的第二或第三部分电池具有另外的部分电池。
2.根据权利要求1所述的多结太阳能电池(MS)，其特征在于，所述第一厚度(SD1a)与所述另外的第一厚度(SD1b)相差至少80％或相差至少50％或相差至少20％，或所述两个厚度(SD1a，SD1b)相同。
3.根据权利要求1或2所述的多结太阳能电池(MS)，其特征在于，所述第二部分电池(SC2a)具有第二带隙(Eg2a)和第二厚度(SD2a)，并且所述第二带隙(Eg2a)比所述第一带隙(Eg1a)小或者大至少0.7eV或至少0.4eV或至少0.2eV。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多结太阳能电池(MS)，其特征在于，设置另外的第二部分电池(SC2b)，并且所述另外的第二部分电池(SC2b)具有另外的第二带隙(Eg2b)和另外的第二厚度(SD2b)，并且所述另外的第二带隙(Eg2b)与所述第二带隙(Eg2a)相差至多
0.1eV或相差至多0.07eV、相差至多0.04eV或相差至多0.02eV，或所述第二带隙(Eg2a)与所述另外的第二带隙(Eg2b)一样大。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的多结太阳能电池(MS)，其特征在于，所述第二厚度(SD2a)与所述另外的第二厚度(SD2b)相差至少80％或相差至少50％或相差至少20％，或所述两个厚度(SD2a，SD2b)相同。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的多结太阳能电池(MS)，其特征在于，所述第三部分电池具有第三带隙(Eg3a)和第三厚度(SD3a)，并且所述第三带隙(Eg3a)比所述第一带隙(Eg2a)小或大至少0.7eV或至少0.4eV或至少0.2eV。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的多结太阳能电池(MS)，其特征在于，设置另外的第三部分电池(SC3b)，并且所述另外的第三部分电池(SC3b)具有另外的第三带隙(Eg3b)和另外的第三厚度(SC3b)，并且所述另外的第三带隙(Eg3b)与所述第三带隙(Eg3a)相差至多
0.1eV或相差至多0.07eV、相差至多0.04eV或相差至多0.02eV，或所述第三带隙(Eg3a)与所述另外的第三带隙(Eg3b)一样大。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的多结太阳能电池(MS)，其特征在于，所述第三厚度(SD3a)与所述另外的第三厚度(SD3b)相差至少80％或相差至少50％或相差至少20％，或所述两个厚度(SD3a，SD3b)相同。
9.根据以上权利要求中任一项所述的多结太阳能电池(MS)，其特征在于，所述第一部分电池(SC1a，SC1b)和/或所述第二部分电池(SC2a，SC2b)和/或所述第三部分电池(SC3a，SC3b)包括(Al)InGaAs化合物或(Al)InGaP化合物或(Al)GaAs化合物或由上面提到的化合物构成。
10.根据以上权利要求中任一项所述的多结太阳能电池(MS)，其特征在于，所述第三部分电池(SC3a，SC3b)是Ge基部分电池。
11.根据以上权利要求中任一项所述的多结太阳能电池(MS)，其特征在于，不多于8个部分电池或者不多于6个部分电池堆叠状地布置。

说明书全文

堆叠状的多结太阳能 电池

技术领域

[0001] 本发明涉及一种堆叠状的多结太阳能电池。

背景技术

[0002] 由WO 2013 107 628 A2已知这种太阳能电池装置。从US 2010/0 000 136 A1、US 2006/0 048 811 A1、US 2013/0 133 730 A1、US 2013/0 048 063 A1和EP 1 134 813 A2已知多结太阳能电池的其他装置和单个部分电池的倍增(Vervielfachung)。

发明内容

[0003] 在所述背景下，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的特征的堆叠状多结太阳能电池解决。本发明的有利构型是从属权利要求的主题。

[0005] 在本发明的主题中，提供一种堆叠状的多结太阳能电池，其包括：具有第一带隙和第一厚度的第一部分电池以及具有另外的第一带隙和另外的第一厚度的另外的第一部分电池，其中，所述部分电池中的每个具有发射极和基极，并且在部分电池之间构造有隧道二极管，其中，光射束在进入另外的第一部分电池之前进入第一部分电池，其中，第一带隙比另外的第一带隙大至多0.1eV，或第一带隙比另外的第一带隙大至多0.07eV，或第一带隙比另外的第一带隙大至多0.04eV，或者第一带隙比另外的第一带隙大至多0.02eV，或者第一带隙与另外的第一带隙一样大。

[0006] 可以理解的是，术语“堆叠状的多结太阳能电池”不但理解为单片集成的多结太阳能电池，而且也理解为借助晶片键合法制造的多结太阳能电池。应说明的是，表达方式“另外的第一部分电池”理解为具有与第一部分电池类似或相同物理特性的部分电池，或者换言之，在一定程度上克隆第一部分电池、即制造出两个半个的第一部分电池。也可以理解的是，这两个部分电池的吸收波长非常相似或相同。此外可以理解的是，与整个第一部分电池相比，尤其半个第一部分电池的厚度最大仅实施成一半，从而还有足够的待吸收的波长的光也到达另外的第一部分电池中。优选地，将第一部分电池的厚度选择得小于另外的第一部分电池的厚度。此外应说明的是，优选地，III-V族或者II-VI族多结太阳能电池适用于增至两倍(Verdopplung)。应说明的是，与增至两倍相比，增至三倍由于半导体层的数量明显较高，所以没有进一步提高多结太阳能电池的效率，而是使其再次降低。

[0007] 对于专业人员来说，虽然具有几乎相同带隙的部分电池增至两倍似乎看起来没有实现较高效率，因为部分电池的吸收区域没有改善地匹配于太阳光谱。然而研究表明，在电池增至两倍的情况下，在电压加倍时，电流以令人惊讶的方式减半，由此可以降低串联电阻损耗。

[0008] 替代地，多结太阳能电池由于较小的电流也可以在日光浓度较高的情况下运行。由此，尤其可以在聚光器系统(Konzentratorsystem)中显著降低III-V族多结太阳能电池的成本部分。例如，在25mm2的多结太阳能电池中，只要允许浓度(Konzentration)加倍，则聚光器系统的成本部分可以下降大约50％。试验表明，聚光比例如可以从因子500增加到超过1000。

[0009] 在一种扩展方案中，第一厚度与另外的第一厚度相差至少80％或相差至少50％或相差至少20％，或者这两个厚度相同。优选地，第一厚度小于另外的第一厚度。

[0010] 在另一扩展方案中，设置具有第二带隙和第二厚度的第二部分电池。第二带隙比第一带隙小或者大至少0.7eV或至少0.4eV或至少0.2eV。由此，多结太阳能电池的堆叠总共具有三个部分电池。

[0011] 在一种实施方式中，设置另外的第二部分电池，其中，该另外的第二部分电池具有另外的第二带隙和另外的第二厚度。另外的第二带隙与第二带隙相差至多0.1eV或相差至多0.07eV或相差至多0.04eV或相差至多0.02eV，或者第二带隙与另外的第二带隙一样大。由此，多结太阳能电池的堆叠总共具有四个部分电池。

[0012] 在另一实施方式中，第二厚度与另外的第二厚度相差至少80％或相差至少50％或者相差至少20％，或者这两个厚度相同。优选地，第二厚度小于另外的第二厚度。

[0013] 在另一扩展方案中，设置具有第三带隙和第三厚度的第三部分电池。第三带隙比第二带隙小或者大至少0.7eV或至少0.4eV或至少0.2eV。由此，多结太阳能电池的堆叠总共具有五个部分电池。

[0014] 在一种实施方式中，设置另外的第三部分电池，其中，另外的第三部分电池具有另外的第三带隙和另外的第三厚度。另外的第三带隙与第三带隙相差至多0.1eV或相差至多0.07eV或相差至多0.04eV或相差至多0.02eV，或者第三带隙与另外的第三带隙一样大。由此，多结太阳能电池的堆叠总共具有六个部分电池。

[0015] 在另一实施方式中，第三厚度与另外的第三厚度相差至少80％或相差至少50％或相差至少20％，或者这两个厚度相同。优选地，第三厚度小于另外的第三厚度。

[0016] 在一种扩展方案中，第一部分电池和/或第二部分电池和/或第三部分电池包括(Al)InGaAs化合物或(Al)InGaP化合物或(Al)GaAs化合物。可以理解的是，替代地，所述部分电池中的两个或全部三个也由上面提到的化合物构成。优选地，另外的第一部分电池和/或另外的第二部分电池包括(Al)InGaAs化合物或(Al)InGaP化合物或(Al)GaAs化合物。可以理解的是，替代地，所述另外的部分电池中的一个或两个也由上面提到的化合物构成。应说明的是，元素铝是可选的并且由此被置于括号中。然而，可以理解的是，在其他未提到的实施方式中，所述化合物也包括其他元素。

[0017] 在一种实施方式中，第三和或另外的第三部分电池是Ge基部分电池。优选地，在第三部分电池或另外的第三部分电池与第二部分电池或另外的第二部分电池之间构造有变质缓冲层(metamorpher Puffer)。

[0018] 在另一扩展方案中，多结太阳能电池的堆叠总共包括不多于8个的单个部分电池。可以理解的是，在所有部分电池之间构造有隧道二极管。
附图说明

[0019] 以下参照附图进一步阐述本发明。在此，同类的部分以相同的附图标记标注。所示出的实施方式是高度示意性的，也就是说，距离以及横向延伸和纵向延伸不是按比例的，并且只要未特别说明，也不具有可推导出的几何关系。在此示出：

[0020] 图1a和图1b示出根据现有技术的三重太阳能电池以及五重太阳能电池形式的根据本发明的第一实施方式；

[0021] 图2a和图2b示出根据现有技术的三重太阳能电池以及六重太阳能电池形式的根据本发明的第二实施方式。

具体实施方式

[0022] 在图1a中示出根据现有技术的、三重太阳能电池形式的堆叠状多结太阳能电池MS。三重太阳能电池具有：带有第一带隙Eg1的第一部分电池SC1a和带有第二带隙Eg2的第二部分电池SC2a和带有第三带隙Eg3的第三部分电池SC3a。在第二部分电池SC2a与第三部分电池SC3a之间构造有变质缓冲层MP。应说明的是，也可以使用不带有变质缓冲层MP的三重太阳能电池。光首先穿过第一部分电池SC1a，然后穿过第二部分电池SC2a，接下来穿过第三部分电池SC3a。在所述部分电池之间构造有隧道二极管——未示出。第一带隙Eg1大于第二带隙Eg2，并且第三带隙Eg3小于第二带隙Eg2。

[0023] 在图1b中示出根据本发明的第一实施方式形式的、作为五重太阳能电池的堆叠状多结太阳能电池MS。在第一部分电池SC1a与第二部分电池SC2a之间布置有另外的第一部分电池SC1b。

[0024] 另外的第一部分电池SC1b具有另外的第一带隙Eg1b和另外的第一厚度SD1b。部分电池SC1a，SC1b中每个具有发射极和基极。

[0025] 优选地，第一带隙Eg1a比另外的第一带隙Eg1b大至多0.1eV，或者第一带隙Eg1a比另外的第一带隙Eg1b大至多0.07eV或大至多0.02eV。在一种替代实施方式中，第一带隙Eg1a与另外的第一带隙Eg1b一样大。

[0026] 第一部分电池SC1a和另外的第一部分电池SC1b由InGap化合物构成。第二部分电池SC2a和另外的第二部分电池SC2b由InGaAs化合物构成。第三部分电池SC3a是锗部分电池。

[0027] 在第二部分电池SC2a与变质缓冲层MP之间布置有另外的第二部分电池SC2b。变质缓冲层MP包括InGaAs化合物。由此产生五重多结太阳能电池MS。

[0028] 在图2a中再次示出根据现有技术的三重太阳能电池。接下来仅阐述与图1a的实施方式的区别。第一部分电池SC1a由InGaP化合物构成，并且第二部分电池SC2a由GaAs化合物构成，并且第三部分电池SC3a由InGaAs化合物构成。第二部分电池SC2a具有第二带隙Eg2a和第二厚度SD2a。第一部分电池SC1a具有1.9eV的带隙，并且第二部分电池SC2a具有1.4eV的带隙，并且第三部分电池SC3a具有0.7eV的带隙。在此涉及示例性的值。其它的三元值组(Wertetripel)也是可能的。

[0029] 在图2b中公开六重部分电池形式的多重太阳能电池MS，该多重太阳能电池是图2a中的三重太阳能电池通过添加根据本发明的第二实施方式而构成的。两个第一部分电池SC1a和SC1b由InGaP化合物构成。两个第二部分电池SC2a和SC2b由GaAs化合物构成。两个第三部分电池SC3a和SC3b由InGaAs化合物构成。

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