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Die
Erfindung betrifft eine Halbleiter-Solarzelle mit verminderter Shunt-Bildung.
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Ein
wesentliches Problem beim Betrieb von Halbleiter-Solarzellen beispielsweise
als Wafer-Solarzellen ist die sogenannte Shunt-Bildung. Dieses Phänomen
tritt auf, wenn einzelne Solarzellen in einem Solarzellenmodul oder
Solarzellenbereiche in einer Solarzelle verschattet werden, während
die Oberfläche der übrigen Solarzellen(-Bereiche)
weiterhin beleuchtet wird. Aufgrund ihrer Verschaltung kann es vorkommen,
dass die verschatteten Solarzellen(-Bereiche) hierdurch in Rückwärtsrichtung
gepolt werden. Wenn die anliegende Sperr-Spannung eine Durchbruchspannung überschreitet,
kommt es zu einem Durchbruch. Da die Durchbruchspannung in der Regel
durch Fehlstellen oder Verunreinigungen im Halbleitermaterial der
Solarzelle lokal herabgesetzt ist, treten derartige Durchbrüche
auch bevorzugt lokal an diesen Stellen auf, was lokal zu sehr hohen
Stromdichten führen kann, bei denen die Solarzelle lokal
stark erhitzt, beschädigt oder sogar vollständig
zerstört wird.
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Um
derartige Durchbrüche ganz zu vermeiden, wird häufig
versucht, die Solarzelle mit einer möglichst hohen Durchbruchspannung
herzustellen in der Hoffnung, dass diese Spannung im normalen Betrieb
nicht überschritten wird. Der Problematik der Shunt-Bildung
aufgrund von Fehlstellen und Verunreinigungen kann man damit jedoch
nicht vorbeugen. Hierzu wird üblicherweise versucht, bei
der Herstellung der Solarzelle eine möglichst homogene
und Fehlstellen freie aktive Zone zu erreichen. Dies setzt jedoch
sehr hohe Ansprüche an die Herstellungsprozesse und die
verwendeten Halbleitermaterialien und verteuert deshalb die Solarzellenherstellung.
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Eine
weitere bekannte Maßnahme zur Vermeidung der Shunt-Bildung
ist das Vorsehen von Zehner-Dioden, welche parallel zu dem p-n-Übergang
der Solarzelle angeordnet sind. In
EP 0 537 781 B1 wird eine derartige Solarzelle
offenbart. Die in der optisch aktiven Schicht der Solarzelle eingebauten Zehner-Übergänge
wirken dort als Bypass-Dioden, welche bei einer Rückwärtspolung
der Solarzelle einen kontrollierten Durchbruch bei einer gewünschten Durchbruchspannung
bewirken. Die Zehner-Übergänge in der bekannten
Solarzelle sind inselförmig gebildet und bewirken daher
auch hier einen punktuellen Durchbruch bei der gewünschten
Durchbruchspannung. Ähnlich wie bei einer Shunt-Bildung
treten somit auch in diesem Fall die entstehenden Durchbruchströme
in einem lokal eingeschränkten Bereich auf, was zu hohen
Stromdichten führen kann. Zudem muss die Struktur aus
EP 0 537 781 B1 einen
relativ komplizierten dreidimensionalen Aufbau aufweisen, was die
Herstellung aufwendig und teuer macht.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Solarzelle vorzuschlagen, bei der
die Shunt-Bildung vermindert oder vermieden ist. Dies soll zudem
zuverlässig, reproduzierbar und möglichst preisgünstig
erfolgen.
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Die
Aufgabe wird durch eine Solarzelle mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Der
Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, mit Hilfe des
Zwischenhalbleiters die Durchbruchspannung entlang einer Fläche
herabzusetzen, welche einen wesentlichen Anteil der Übergangsfläche zwischen
den beiden Bereichen der Struktur einnimmt. Hierdurch kann das Durchbruchverhalten
der Solarzelle in Rückwärtsrichtung kontrolliert
werden. Aufgrund der verminderten Durchbruchspannung ist auch die
insgesamt eingebrachte Maximalleistung begrenzt, die bei einem Durchbruch
entsteht, so dass eine Beschädigung der Solarzelle weniger
wahrscheinlich ist. Zudem ist der Durchbruch über eine größere
Fläche verteilt, so dass sich die Durchbruchströme
nicht auf lokale Fehlstellen konzentrieren und diese Stellen aufheizen.
Einer HotSpot-Bildung wird hierdurch effektiv vorgebeugt.
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Diese Überlegung
kann sowohl auf Metall-Halbleiter-Übergänge, also
Schottky-Übergänge, als auch auf Halbleiter-Übergänge
beziehungsweise p-n-Übergänge zutreffen. Beide Übergänge
weisen ein richtungsabhängiges Leitungsverhalten auf. Wird ein
solcher Übergang in Rückwärtsrichtung
oder Sperrrichtung betrieben, so erfolgt ein sehr geringer Stromfluss
bei geringer Spannung. Steigt die Spannung jedoch über
eine vom Aufbau des Übergangs abhängige Durchbruchspannung,
so erfolgt ein Durchbruch, bei dem der Stromfluss relativ abrupt ansteigt.
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Ähnliches
gilt bei einem Metall-Isolator-Halbleiter-Übergang (MIS-Übergängen).
In diesem Fall ist einer der Bereiche ein Isolator oder Isolierbereich, welcher
zwischen einer Metallschicht und dem Halbleiterbereich einen Tunnelkontakt
bildet.
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Die Übergangsfläche
beschreibt ein zweidimensionales Gebilde, welches den Übergang
zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich definiert. Bei
einem p-n-Übergang kann sie zum Beispiel sinnvollerweise
als jene Fläche definiert sein, bei der ein Wechsel der
Dotierungsart von einer p-Dotierung zu einer n-Dotierung erfolgt.
Je nach Design handelt es sich bei der Übergangsfläche
somit entweder um ein reales, physikalisches Gebilde oder um eine
fiktive Fläche.
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Dass
die Zwischenhalbleiterschicht einen Teil der Übergangsfläche
umschließt bedeutet, dass ausgehend von einer Grundstruktur
mit unmittelbarer Berührung der beiden Bereiche, entlang
eines Teilbereiches zwischen den beiden Bereichen der Zwischenhalbleiter
eingefügt ist. Der Übergang zwischen den beiden
Bereichen erfolgt somit mittelbar durch den Zwischenhalbleiter.
Es ist somit vorgesehen, dass die beiden Bereiche teilweise unmittelbar aufeinander
treffen können, während sie aber entlang eines
größeren Teils des Übergangs über
den Zwischenhalbleiter miteinander verbunden sind.
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Vorliegend
wird die hier beschriebene Struktur im Verhältnis zu einer
Grundstruktur gesetzt, bei der eine Zwischenhalbleiterschicht nicht
vorhanden ist und der erste und der zweite Bereich unmittelbar aneinander
grenzen. Wenngleich die hier beschriebene Struktur den Vorteil hat,
dass sie als ein im Wesentlichen eindimensionaler Schichtaufbau
gebildet sein kann, bei dem die Dotierungsdichte entlang nur einer
Koordinate senkrecht zu einer Schichtebene variiert, soll hier klargestellt
werden, dass mit dem Begriff der Struktur nicht eine zusammenhängende Struktur
gemeint sein muss, bei der die beiden Bereiche und der Zwischenhalbleiter
jeweils zusammenhängende Gebilde sind. Vielmehr sind, wie
nachfolgend in der Figurenbeschreibung erläutert, auch
Inselbildungen möglich, indem die Strukturen inselförmig
auf einem Substrat verteilt sind.
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Es
ist jedoch eine wesentliche Voraussetzung, dass in der gesamten
Solarzelle ein wesentlicher Teil der Übergangsfläche
mittels des Zwischenhalbleiters umschlossen ist. Im Gegensatz zum Stand
der Technik erfolgt die Energieumwandlung der Solarzelle hauptsächlich
im oder in einer Umgebung des Zwischenhalbleiters und somit am gleichen Ort,
an dem im Sperrfall auch der kontrollierte Durchbruch stattfindet.
Ladungsträgertrennung und Durchbruch sind somit räumlich
vereint. Der wesentliche Vorteil ist hierbei ein räumlich
breiter Leistungseintrag im Durchbruchfall. Bevorzugterweise sind
zumindest 60%, 70%, 80%, 90% oder 95% der Übergangsfläche
mittels des Zwischenhalbleiters umschlossen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass
im Wesentlichen die gesamte Übergangsfläche mittels
des Zwischenhalbleiters umschlossen ist. Dies bedeutet, dass Übergänge,
an denen die beiden Bereiche unmittelbar aufeinander treffen wenn überhaupt,
nur prozessbedingt vorliegen. Hierdurch soll gewährleistet
werden, dass der kontrollierte Spannungsdurchbruch bei rückwärts
gepolter Solarzelle über der gesamten aktiven Fläche der
Solarzelle erfolgt. Dies führt im Durchbruchfall zu einem
räumlich im Wesentlichen homogenen Leistungseintrag.
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Sowohl
bei den vorangehend erläuterten als auch bei den im Folgenden
aufgeführten Ausgestaltungen muss es sich bei dem Zwischenhalbleiter nicht
zwingend um eine mikroskopisch erkennbare Schicht handeln. Beispielsweise
dann, wenn die beiden Bereiche und der Zwischenhalbleiter mittels
Dotierung aus einem einstückigen Halbleitersubstrat erzeugt
werden, handelt es sich bei dem Zwischenhalbleiter lediglich um
einen Zwischenhalbleiterbereich, mit stetigen Übergängen
zu angrenzenden Bereichen der Solarzelle.
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Gemäß einer
zweckmäßigen Weiterbildung sind der erste Bereich
und/oder der zweite Bereich aus dem gleichen Material gebildet,
wie der Zwischenhalbleiter. In den Fällen, in denen einer
der Bereiche aus einem Metall gebildet ist, muss der Zwischenhalbleiter
aus dem gleichen Material wie der andere der beiden Bereiche gebildet
sein. In allen Fällen kann der Zwischenhalbleiter mit einem
der oder mit beiden Bereichen einstückig gebildet sein, wobei
dann die Dotierung nachträglich, also nach einem Auftragen
oder Abscheiden eines Grundmaterials auf einem Substrat eingebracht
wird, um die unterschiedlichen Bereiche und den Zwischenhalbleiter zu
bilden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführung umfassen die eingestellten
Zwischenhalbleiterparameter eine Zwischenhalbleiterdotierung und/oder
eine Zwischenhalbleiterbreite. Hierbei kann die Zwischenhalbleiterbreite
zweckmäßigerweise als eine kürzeste Entfernung
von einer ersten Grenzfläche zwischen dem ersten Bereich
und dem Zwischenhalbleiter und einer zweiten Grenzfläche
zwischen dem Zwischenhalbleiter und dem zweiten Bereich definiert
sein. Die Grenzflächen können wiederum als Flächen
definiert sein, entlang denen jeweils ein Gradient des Dotierprofils
in der Struktur einen Maximalwert erreicht. Die Zwischenhalbleiterbreite
ist in einer bevorzugten Ausführungsform kleiner als 5 μm,
kleiner als 3 μm, kleiner als 2 μm oder kleiner
als 1 μm.
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Der
Zwischenhalbleiter weist in einer zweckmäßigen
Ausführung eine gleiche Dotierungsart auf, wie einer der
beiden Bereiche, mit einer demgegenüber höheren
Zwischenhalbleiterdotierung. Wenn also der betreffende Bereich p-dotiert
ist, so kann die Zwischenhalbleiterdotierung als p+-Dotierung bezeichnet
werden; bei einem n-dotierten Bereich entsprechend als n+-Dotierung.
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Vorteilhafterweise
ist die Zwischenhalbleiterdotierung entlang der Zwischenhalbleiterbreite
im Wesentlichen plateauförmig. Eine derartige plateauförmige
Dotierung ist zumindest näherungsweise beispielsweise mittels
epitaktischen Aufwachsens des Zwischenhalbleiters erzielbar. Sie
hat den Vorteil, dass die elektrischen Eigenschaften der so gebildeten
Struktur leicht berechenbar und somit kontrollierbar sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass
eine Übergangszone zwischen dem ersten Bereich und dem
Zwischenhalbleiter und/oder zwischen dem zweiten Bereich und dem Zwischenhalbleiter
ein im Wesentlichen stufenförmiges Dotierprofil aufweist.
Dies bedeutet, dass ein relativ abrupter Dotierungsübergang
vorliegt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Zwischenhalbleiter zumindest
zwei Zwischenschichten. In diesem Fall liegen weitere wählbare
Parameter für ein optimales Einstellen der elektrischen
Eigenschaften der Struktur vor.
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Bei
einer zweckmäßigen Gestaltung weist eine am ersten
Halbleiterbereich angrenzende erste Zwischenschicht eine gleiche
Dotierungsart auf, wie der erste Bereich, mit einer demgegenüber
höheren ersten Zwischenschichtdotierung, und/oder eine
am zweiten Bereich angrenzende zweite Zwischenschicht weist eine
gleiche Dotierungsart auf, wie der zweite Bereich, mit einer demgegenüber
höheren zweiten Zwischenschichtdotierung. In Anlehnung
an die Bezeichnung der beiden Bereiche in einer Solarzelle können
die Zwischenschichten als basisseitige Zwischenschicht und emitterseitige
Zwischenschicht bezeichnet werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass
die Zwischenhalbleiterdotierung, die erste Zwischenschichtdotierung
und/oder die zweite Zwischenschichtdotierung in einem Bereich zwischen
0,3 und 10 × 1017 cm–3 liegen.
Die Zwischenhalbleiterdotierung, die erste Zwischenschichtdotierung
und/oder die zweite Zwischenschichtdotierung liegen bei einer vorteilhaften
Gestaltung in einem Bereich zwischen 0,5 und 2 × 1017 cm–3.
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Vorteilhafterweise
ist die Struktur aufgebaut auf Grundlage, amorphen, multikristallinen
oder monokristallinen Siliziums. Dieses liegt wiederum bevorzugt
im Reinheitsgrad aufbereiteten metallurgischen Siliziums (UMG-Silizium)
oder als polykristallines Silizium vor. Beispielsweise kann ein
Siliziumwafer als Substrat verwendet werden, wobei das Wafermaterial
gleichzeitig als ein Bereich der Struktur dienen kann. Auf dem Substrat
können dann die weiteren Teile der Struktur mittels Abscheidungsverfahren und/oder
mittels Dotierungsverfahren aufgebracht werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine
Grundstruktur einer Solarzelle im Querschnitt;
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2 eine
Struktur einer Solarzelle mit einem zwischen zwei Bereichen angeordneten
Zwischenhalbleiter im Querschnitt;
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3 einen
Querschnitt einer weiteren Solarzelle mit mehreren inselförmigen
Strukturen;
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4 ein
Diagramm mit einem schematischen Verlauf eines Dotierprofils der
Grundstruktur gemäß 1;
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5 einen
schematischen Verlauf eines Dotierungsprofils der Struktur gemäß 2;
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6 einen
Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Struktur
der Solarzelle mit einem zweischichtigen Zwischenhalbleiter; und
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7 einen
schematischen Verlauf eines Dotierungsprofils der Struktur gemäß 6.
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Bei
den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen handelt
es sich um reine Halbleiterstrukturen. Deshalb werden für
den ersten und den zweiten Bereich die Ausdrücke erster
und zweiter Halbleiterbereich, für Struktur der Begriff
Halbleiterstruktur und für Grundstruktur der Begriff Halbleitergrundstruktur
verwendet. Die hierin erläuterten Merkmale gelten jedoch
im Wesentlichen entsprechend für Metall-Halbleiter-Strukturen,
wie sie beispielsweise bei Schottky-Übergängen
vorliegen. In dem Fall umfasst einer der Bereiche 2, 4 ein
Metall oder eine Metalllegierung.
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Die 1 ist
eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht auf einen
Aufbau, welcher vorliegend als Halbleitergrundstruktur 1' bezeichnet wird.
Die Halbleitergrundstruktur 1' umfasst einen ersten Halbleiterbereich 2 und
einen zweiten Halbleiterbereich 4. Die beiden Halbleiterbereiche 2, 4 treffen
unmittelbar aufeinander und bilden entlang ihrer Berührungsebene
eine Übergangsfläche 5. Die vorliegende
Halbleitergrundstruktur 1' ist als eine Schichtstruktur
aufgebaut, so dass die beiden Halbleiterbereiche 2, 4 als
ebene Halbleiterschichten ausgebildet sind. Die Halbleiterbereiche 2, 4 sind
dotiert, wobei der zweite Halbleiterbereich 4 eine zum
ersten Halbleiterbereich 2 entgegen gesetzte Dotierung
aufweist derart, dass auf der Halbleitergrundstruktur 1' einfallendes
Licht in elektrische Energie umgewandelt wird.
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Abweichend
hierzu zeigt die 2 eine Halbleiterstruktur 1 mit
einem ersten Halbleiterbereich 2, einem zweiten Halbleiterbereich 4 sowie
einem hierzwischen angeordneten Zwischenhalbleiter 6. Wenngleich
die beiden Halbleiterbereiche 2, 4 nicht unmittelbar
aufeinander treffen, kann auch hier eine Übergangsfläche 5 zwischen
den beiden Halbleiterbereichen 2, 4 definiert
werden. Unabhängig von der genauen Definition der Übergangsfläche 5, muss
sie eine Ebene aufspannen, die weder eindeutig in dem ersten Halbleiterbereich 2 noch
eindeutig in dem zweiten Halbleiterbereich 4 liegt. In
der in 2 dargestellten Halbleiterstruktur 1 ist
die Übergangsfläche 5 im Wesentlichen
vollständig von dem Zwischenhalbleiter 6 umschlossen.
Dies bedeutet, dass die beiden Halbleiterbereiche 2, 4 nur über
den Zwischenhalbleiter 6 miteinander verbunden sind.
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Ein
vollständiges Umschließen der Übergangsfläche 5 durch
den Zwischenhalbleiter 6 ist jedoch nicht zwingend notwendig,
solange der Zwischenhalbleiter 6 einen wesentlichen Teil
der Übergangsfläche 5 umschließt.
Das bedeutet, es können außerhalb des Zwischenhalbleiters 6 Bereiche
vorliegen, in denen die beiden Halbleiterbereiche 2, 4 wie in
der 1 einander unmittelbar berühren.
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Auch
die in der 2 dargestellte Halbleiterstruktur 1 weist
einen eindimensionalen Schichtaufbau auf. Demgegenüber
zeigt die 3 eine schematische Querschnittsdarstellung
einer Solarzelle mit einem Substrat, das gleichzeitig als zweiter
Halbleiterbereich 4 für inselförmig auf
dem Substrat gebildeten Halbleiterstrukturen 1 wirkt. Die
Halbleiterstrukturen 1 sind inselförmig ausgebildet
und können beispielsweise kreisförmige oder rechteckige
beziehungsweise quadratische Grundflächen aufweisen. Auch
hier weisen die Halbleiterstrukturen 1 jeweils einen ersten
Halbleiterbereich 2 und einen zweiten Halbleiterbereich 4 auf,
zwischen denen eine Übergangsfläche 5 definierbar
ist, wobei der zweite Halbleiterbereich 4 Teil des Substrates
ist. Die Übergangsfläche 5 ist vom Zwischenhalbleiter 6 umschlossen,
welcher hierfür becherförmig ausgebildet ist.
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Die
Ausführungsform gemäß der 3 kann für
rückseitenkontaktierte Solarzellen verwendet werden, wobei
die untere Seite der Halbleiterstruktur 1 als Lichteinfallseite
dient, während die Rückseitenkontaktierung auf
der oberen Seite angebracht wird, wo beide Halbleiterbereiche 2, 4 von
außen zugänglich sind.
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Die 4 zeigt
eine schematische Darstellung eines möglichen Dotierprofils
der Halbleitergrundstruktur 1' aus der 1 entlang
einer Schichttiefe senkrecht zu der Übergangsfläche 5.
Die Schichttiefe ist entlang der Abszisse aufgetragen, während
die Ordinate nach oben hin eine Donator-Dotierungsdichte oder Elektronen-Dichte
(ne) und nach unten hin eine Akzeptor-Dotierungsdichte
oder Löcher-Dichte (nh) logarithmisch
aufgetragen zeigt. Die Position der Übergangsfläche 5 ist
als gestrichelte Linie dargestellt, die den ersten Halbleiterbereich 2 mit
einer ersten Dotierungsdichte 12 von dem zweiten Halbleiterbereich 4 mit
einer zweiten Dotierungsdichte 14 trennt. Im vorliegenden
Fall ist somit der erste Halbleiterbereich 2 n-dotiert,
während der zweite Halbleiterbereich 4 p-dotiert
ist.
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Ein
mögliches Dotierprofil der in 2 dargestellten
Halbleiterstruktur 1 ist in der 5 schematisch
gezeichnet, wobei auch hier die Schichttiefe senkrecht zur Übergangsfläche 5 entlang
der Abszisse aufgetragen ist. Das hier gezeigte Dotierprofil könnte
auch in einer der Halbleiterstrukturen 1 vorliegen, welche
in 3 gezeigt sind, wobei dann entlang der Abszisse
eine Schichttiefe senkrecht zur Übergangsfläche 5 aufgetragen
ist, die von der räumlichen Mitte einer der zylinderförmigen
Halbleiterstrukturen 1 aus beginnt und nach außen
hin durch die Übergangsfläche 5 verläuft.
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Auch
hier ist die Übergangsfläche 5 als gestrichelte
Linie dargestellt, die zwischen dem ersten Halbleiterbereich 2 mit
der ersten Dotierungsdichte 12 und dem zweiten Halbleiterbereich 4 mit
der zweiten Dotierungsdichte 14 angeordnet ist. Zwischen den
beiden Halbleiterbereichen 2, 4 ist ein Zwischenhalbleiter 6 angeordnet,
welcher eine gleiche Dotierungsart wie der zweite Halbleiterbereich 4 aufweist, nämlich
p-dotiert ist. Der Zwischenhalbleiter 6 kann in anderen
Ausführungsformen auch wie der erste Halbleiterbereich 2 dotiert
sein, im vorliegenden Fall also n-dotiert. Dies bedeutet allerdings
nicht, dass der zweite Halbleiterbereich 4 und der Zwischenhalbleiter 6 notwendigerweise
den gleichen Dotierstoff beinhalten.
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Damit
die Halbleiterstruktur 1 eine geringere Durchbruchspannung
in Rückwärtsrichtung aufweist, als die entsprechende
Halbleitergrundstruktur 1', ist in der vorliegenden Ausführungsform
der Zwischenhalbleiter 6 mit einer Zwischenhalbleiterdotierung 16 gebildet,
die höher ist, als die zweite Dotierungsdichte 14.
Da es sich bei der 5 um eine schematische Darstellung handelt,
zeigen die zweite Dotierungsdichte 14 sowie die Zwischenhalbleiterdotierung 16 innerhalb
des Zwischenhalbleiters 6 im Wesentlichen plateauförmige
Profile auf. In der Praxis wird eine Annäherung an einem
derartig idealen Verlauf bestenfalls mittels epitaktischer Auftragungsverfahren
zu erzielen sein. Auch der hier dargestellte abrupte oder stufenförmige
Dotierübergang in einer Übergangszone 7 zwischen
dem zweiten Halbleiterbereich 4 und dem Zwischenhalbleiter 6 wird
in der Praxis möglicherweise gradueller ausfallen.
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Eine
weitere Ausführungsform für eine Halbleiterstruktur 1 mit
einem Zwischenhalbleiter 6 ist in der 6 dargestellt.
Hier besteht der Zwischenhalbleiter 6 aus einer ersten
Zwischenschicht 6a und einer zweiten Zwischenschicht 6b.
Zur besseren Darstellung ist die Übergangsfläche 5 in
der zweiten Zwischenschicht 6b eingezeichnet. Sie kann
jedoch stattdessen entlang einer Grenzebene zwischen den beiden
Zwischenschichten 6a, 6b oder in der ersten Zwischenschicht 6a definiert
sein. Auch wenn die beiden Teilbereiche des Zwischenhalbleiters 6 als
Zwischenschichten 6a, 6b bezeichnet werden, ist
auch hier ein plattenförmiger oder ebener Aufbau mit einem
im Wesentlichen eindimensionalen Dotierprofil nicht zwingend notwendig.
Stattdessen kann auch hier ein dreidimensionaler Aufbau gewählt
werden, beispielsweise wie in der 3 dargestellt.
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Einen
möglichen Verlauf des Dotierprofils der Halbleiterstruktur 1 aus
der 6 zeigt die 7. Die beiden
Zwischenschichten 6a, 6b, deren zugehörige
Bereiche in der Darstellung mit unterstrichenen Bezugszeichen gekennzeichnet
sind, weisen eine erste Zwischenschichtdotierung 16a und
eine zweite Zwischenschichtdotierung 16b auf. Zweckmäßigerweise
ist die Übergangsfläche 5 in Form einer
gestrichelten Linie dargestellt, welche durch den Schnittpunkt des
Dotierprofils mit der Abszisse verläuft.
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In
der vorangehenden Beschreibung ist hauptsächlich auf die
Dotierungsdichten 12, 14, 16, 16a, 16b der
unterschiedlichen Bereiche der Halbleiterstruktur 1 eingegangen
worden. Für die kontrollierte Wahl der Durchbruchspannung
sind jedoch auch die Abmessungen dieser Bereiche von Bedeutung, insbesondere
die Schichtdicke des Zwischenhalbleiters 6, die auch als
Zwischenhalbleiterbreite 17 bezeichnet wird und in den 2, 3, 5 und 7 als
Balken eingezeichnet ist. Zur Einstellung der Durchbruchspannung
und anderer Eigenschaften, die für den Betrieb der Solarzelle
von Bedeutung sind, liegen somit durch die Einführung eines
Zwischenhalbleiters 6 zumindest zwei Zwischenhalbleiterparameter
vor, nämlich die Zwischenhalbleiterdotierung 16 und
die Zwischenhalbleiterbreite 17. Wenn der Zwischenhalbleiter 6 darüber
hinaus die beiden Zwischenschichten 6a, 6b umfasst,
stehen bei unabhängiger Auswahl der beiden Zwischenschichtdotierungen 16a, 16b sowie
von Schichtdicken (in der 7 nicht
eingezeichnet) der beiden Zwischenschichten 6a, 6b insgesamt
mindestens vier Parameter zur Auswahl.
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Zusätzlich
zur Einstellung der Durchbruchspannung kann der Zwischenhalbleiter 6 als
Haftvermittlungsschicht zur besseren Verbindung der beiden Halbleiterbereiche 2, 4 oder
für die Steuerung weiterer elektrischer, optischer und/oder
mechanischer Eigenschaften der Halbleiterschicht 1 dienen.
Ferner können zu diesem Zweck noch weitere Schichten zwischen
den beiden Zwischenschichten 6a, 6b vorgesehen
sein.
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- 1
- Struktur
(Halbleiterstruktur)
- 1'
- Grundstruktur
(Halbleitergrundstruktur)
- 2
- erster
Bereich (erster Halbleiterbereich)
- 4
- zweiter
Bereich (zweiter Halbleiterbereich)
- 5
- Übergangsfläche
- 6
- Zwischenhalbleiter
- 6a,
6b
- erste
und zweite Zwischenschicht
- 7
- Übergangszonen
(zwischen Zwischenhalbleiter/Zwischenschichten und Bereichen)
- 12
- erste
Dotierungsdichte
- 14
- zweite
Dotierungsdichte
- 16
- Zwischenhalbleiterdotierung
- 16a,
16b
- erste
und zweite Zwischenschichtdotierung
- 17
- Zwischenhalbleiterbreite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0537781
B1 [0004, 0004]