[发明专利]用于互连太阳能电池串的太阳能电池装置以及方法

说明书

本发明涉及一种太阳能电池装置，其包含至少一个带有在前和 背接触之间运行的光敏半导体层的第一太阳能电池以及至少一个与 该太阳能电池连接的分散式保护二极管，所述分散式保护二极管带 有由第一导电性的半导体材料组成的衬底、在此衬底的表面区域内 形成的层或者在此表面区域上施加的第二导电性的层、在所述第二 导电性的层上的第一金属接触、和在衬底上布置的第二金属接触， 其中用于互连保护二极管的连接器从第一和第二金属的接触出发。 此外，本发明涉及一种用于互连太阳能电池串的方法。

基于特别是在价格低廉的碳的航天电池情况下在从阳光到电流 的转化中高得多的效率，半导体太阳能电池制造的重点倾向于在材 料方面和制造方面贵得多的III-V半导体太阳能电池(III＝元素周期 表的第三组的元素，如Ga(镓)或者In(铟)；V＝元素周期表的第 五组的元素，如As(砷)或者P(磷))。

在相应的太阳能电池的情况下，在耗费的结晶生长工艺(外延 (Epitaxie))中通过大多在与硅相比十分昂贵的单晶锗圆片(Ge 衬底晶片)上沉积多个不同的单晶层来制造光敏层。在层沉积后， 所述外延晶片包含用于转化阳光所需的所有元素。于是，外延晶片 在其制造后采用在半导体技术中普遍的光刻方法和蚀刻、金属化和 减反射蒸镀等等被进一步处理成太阳能电池并且最终从圆片上被切 除。

通过适当地选择层和其由不同的III-V材料的组合，在此可以针 对光的不同波长相叠地沉积不同敏感的层序列并且处理成所谓的 “多结”太阳能电池，这共同解释了电池的高效率。当前的应用状 况是三重电池，也就是三个相叠分层的子电池，其中两个以外延生 长的方式由III-V材料构成，和第三个由有效混合的Ge衬底构成。 通常III-V太阳能电池由直径为100mm的圆晶片(衬底)(4″晶 片)制成。

三重电池是带有三个相叠分层的串行连接的太阳能电池的三倍 (三个电池(子电池)具有用于提高三重电池的总效率的不同的光 谱灵敏度；“多结”电池：带有多个子电池的电池)。

三重电池形式的相应的多结太阳能电池例如可以由在Ge衬底 上所构造的Ge底部电池、GalnAs中间电池和GalnP顶部电池组成。 外延晶片的价格当前总计超过用于制造硅太阳能电池的相同大小的 硅晶片价格的20倍。由于用于制造III-V太阳能电池的外延晶片形 式的原材料的高价格，为了减少由于太阳能电池制造工艺的故障应 该将工艺步骤的数量保持尽可能小，以便由此避免电池最终价格的 进一步成本增加。

由于与硅相比III-V化合物和锗的较大的特定重量(Gewicht) (大约因数为4)和将卫星运送到宇宙中的高费用，III-V圆片比通 常在标准半导体技术(例如IC制造)中薄，由此特别是因为Ge衬 底也比Si晶片更易碎，因而在增加的制造耗费的情况下故障风险仍 在增大。

为了将用于连接电池成串(String)(至在底板上所期望的工作 电压的串行互连的太阳能电池的单元；panel＝底板(Paneele)；装 配有太阳能电池的面(翼)，正如在卫星中常见的)的耗费保持尽 可能低，但又为了不得到太短的串，因为现代的III-V电池的工作电 压为Si电池的多倍，期望比较大的电池。同时，外延晶片的高价格 使得期望尽可能多的晶片面积用于电池。由于成本原因，大约8cm x 4cm的带有两个剪切角的电池(所谓的剪切角电池)因而已变得普 遍，其中从4″晶片获得两个电池。由此与在纯矩形电池情况下相 比，通过对角进行剪切可以将晶片面的更大部分用于电池。

在直径为100mm的圆片的宽为2mm的量上不足的晶片边缘的 情况下，得到72.4cm²的面积。两个矩形电池可以最大获得6.79cm x 6.79cm＝46.1cm²(64％)的面积，而在边长为8cmx4cm的带有剪 切角例如为1.35cm的两个电池的情况下得到60.34cm²的面积，使得 可以使用圆片面积的83％。由几何形状制约，这些电池不完全充填 底板的面积：在电池之间的角上保留了不用于光转换的三角形面 积。