DE3426338C2

DE3426338C2 -

Info

Publication number: DE3426338C2
Application number: DE3426338A
Authority: DE
Inventors: Masafumi Yamaguchi; Akio Yamamoto; Chikao Mito Ibaraki Jp Uemura
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1983-07-18
Filing date: 1984-07-17
Publication date: 1988-03-17
Also published as: FR2549642A1; US4591654A; DE3426338A1; FR2549642B1

Description

Die Erfindung betrifft eine InP-Solarzelle mit einem InP-Homoübergang, die einen hohen Wir kungsgrad und überlegene Beständigkeit gegen Strahlung aufweist.

Solarzellen sind im Weltraum, wo die Satelliten betrieben werden, verschiedenen Arten von Strahlung ausge setzt, und diese Strahlung verursacht Gitterdefekte in den Halbleitern der Solarzellen. Diese Gitterdefekte führen zu einem Absinken der Ausgangsleistung der Solarzellen. Das Absinken der Ausgangsleistung infolge Strahlung ist entscheidend für die Lebensdauer einer Solar zelle.

Es wurden verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen, um die Strah lungsbeständigkeit von Si-Solarzellen zu verbessern, bei spielsweise durch Optimieren des Leitfähigkeitstyps und der Widerstandsfähigkeit der Si-Substratschicht oder durch Verwendung von Glasabdeckungen gegen Bestrahlung, die die Strahlenschäden verringern sollen. Die Lebensdauer dieser Solarzellen im Weltraum liegt jedoch in der Größenordnung von lediglich etwa 5 Jahren.

Ferner sind Solarzellen mit GaAs, das eine direkte Band lücke aufweist, für Anwendungen im Weltraum bekannt, beispielsweise in der US-PS 41 56 310. Obwohl die Strahlungs beständigkeit von GaAs-Solarzellen gegenüber Si-Solarzellen verbessert ist, wird die Lebensdauer der GaAs-Solarzellen im Weltraum auf etwa 10 Jahre geschätzt und ist deshalb immer noch zu gering. Außerdem weist GaAs eine große Ober flächen-Rekombinationsgeschwindigkeit auf, so daß bei GaAs- Solarzellen eine Fensterschicht erforderlich ist, die den Einfluß dieser hohen Oberflächen-Rekombinationsgeschwindig keit unterdrücken soll. Durch diese Fensterschicht wird die Struktur der Solarzelle und ihr Herstellungsverfahren komplizierter.

Fig. 1 zeigt Beispiele der relativen Änderungen des Wir kungsgrades der photoelektrischen Energieumwandlung infolge von 1 MeV-Elektronenbestrahlung bei einer herkömmlichen Si- Solarzelle mit n⁺-p-Übergang und bei einer GaAs-Solarzelle mit heterogener Grenzfläche bzw. Heteroübergang.

Bei der Anwendung einer Solarzelle unter den Strahlungsbe dingungen des Weltraumes sind unter den Teilchenstrahlen insbesondere die 1 MeV-Elektronen mit hoher Flußdichte zu beachten. Die Fluenz von 1 × 10¹⁵ cm^-2 entspricht im wesent lichen der gesamten Strahlungsfluenz von Solarzellen im geostationären Satellitenorbit während etwa 10 Jahren. Wenn also die vorstehend erläuterten Solarzellen unter Welt raumbedingungen etwa 10 Jahre lang betrieben werden, ver ringert sich der Umwandlungswirkungsgrad von Si-Solarzellen auf etwa die Hälfte und der Wirkungsgrad von GaAs- Solarzellen auf etwa 70% des ursprünglichen Umwandlungswir kungsgrades. Herkömmliche Si-Solarzellen und GaAs-Solarzel len weisen somit eine unzureichende Beständigkeit gegen Qualitätsverluste durch Strahlung auf.

In dem Artikel "High-efficiency InP-homojunction solar cells", von G. W. Turner et al. auf den Seiten 400-402 von "Applied Physics Letter", Band 37, 15. August 1980, wird über die Herstellung von InP-Zellen mit Homoübergang und Umwandlungswirkungsgraden von 14,8% (AM 1) berichtet. Die InP-Solarzellen mit Homoübergang wurden aus einer durch Flüssigphasenepitaxie (LPE) auf (100)-orientierten p⁺-leitenden InP-Einkristallsubstraten mit einem Zn-Gehalt von etwa 10¹⁸ cm^-3 gewachsenen n⁺-p-p⁺-Struktur ausgebildet. Zunächst ließ man eine etwa 2 µm dicke p-leitende Schicht mit 2 × 10¹⁷ cm^-3 Zn wachsen, anschließend eine n-leitende Schicht mit 2-5 × 10¹⁸ cm^-3 Sn und einer Dicke zwischen 0,05 und 1,0 µm.

Mit diesen Solarzellen wurde jedoch nicht die Beständigkeit gegen Strahlung und der hohe Umwandlungswirkungsgrad von 18% der GaAs-Zellen erreicht, und diese InP-Solarzellen sind deshalb zur Anwendung im Weltraum nicht geeignet.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle mit hohem Wirkungsgrad und überlegener Beständigkeit gegen Strahlung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die Solarzellen nach den Patentansprüchen 1, 3, 7, 10 und 15 gelöst. Die Erfindung geht da bei von dem Grundgedanken aus, für die Solarzelle einen InP- Kristall mit überlegener Beständigkeit gegen Strahlung zu verwenden und die Ladungsträgerkonzentration des Substrates oder der Epitaxialschicht und die Übergangstiefe zu optimie ren.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist die InP-Solarzelle ein p-leitendes InP-Einkristallsubstrat mit einer Ladungsträgerkonzentra tion von 2 × 10¹⁶ bis 2 × 10¹⁸ cm^-3 und eine n-leitende InP-Schicht auf, der ein Dotierungsmittel aus mindestens einem Element der Gruppe VIb des Periodensystems einschließ lich S, Se und Te zugesetzt ist und die mit einer Dicke von 0,05 bis 1 µm auf dem Substrat angeordnet ist.

Vorzugsweise weist die n-leitende InP-Schicht eine Ladungs trägerkonzentration von 5 × 10¹⁷ bis 1 × 10¹⁹ cm^-3 auf.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung weist die InP-Solarzelle ein p-leitendes Einkristallsubstrat, eine auf dem Substrat epitaxial gewachsene p-leitende InP-Schicht mit einer Ladungsträgerkonzentration von 2 × 10¹⁶ bis 2 × 10¹⁸ cm^-3 und eine n-leitende InP-Schicht auf, der ein Dotierungsmittel aus Schwefel, Selen und/oder Tellen und/oder ein anderes Element der Gruppe VIb des Perioden systems zugesetzt ist und die mit einer Dicke von 0,05 bis 1 µm auf der p-leitenden InP- Schicht angeordnet ist.

Vorzugsweise weist dabei die n-leitende InP-Schicht eine Ladungsträgerkonzentration von 5 × 10¹⁷ bis 1 × 10¹⁹ cm^-3 auf. Das p-leitende Einkristallsubstrat kann aus InP bestehen oder Silicium aufweisen.

Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung weist die InP-Solarzelle ein n-leitendes InP-Einkristallsubstrat mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 10¹⁵ bis 1 × 10¹⁸ cm^-3 und eine auf dem Substrat ausgebildete 0,1 bis 2 µm dicke p-leitende InP-Schicht auf.

Auf der p-leitenden InP-Schicht kann dabei eine Fenster schicht ausgebildet sein. Die Fensterschicht kann (Al_xGa₁ _-x ) _{0,47In_0,53As mit 0<x≦1, speziell Al_0,47In_0,53As,
aufweisen.
Bei einer vierten Ausführungsform der Erfindung weist die
InP-Solarzelle ein n-leitendes Einkristallsubstrat, eine
auf dem Substrat durch Epitaxialwachstum aufgebrachte
n-leitende InP-Schicht mit einer Ladungsträgerkonzentration
von 2 × 10¹⁴ bis 1 × 10¹⁸ cm^-3 und eine auf der n-leitenden
InP-Schicht ausgebildete p-leitende InP-Schicht mit einer
Dicke von 0,1 bis 2 µm auf.
Auf der p-leitenden InP-Schicht kann dabei eine Fenster
schicht vorgesehen sein. Die Fensterschicht kann
(Al_xGa₁ _-x)_0,47In_0,53As mit 0<x≦1, speziell Al_0,47In_0,53As,
aufweisen.
Das p-leitende Einkristallsubstrat kann
aus InP bestehen oder Silicium aufweisen.
Auf der n-leitenden InP-Schicht ist vorzugsweise eine Git
terelektrode angeordnet. Die Gitterelektrode kann auch auf
der p-leitenden InP-Schicht oder auf der Fensterschicht
angeordnet werden. Auf der n-leitenden oder der p-leitenden
InP-Schicht und der Gitterelektrode kann eine Antireflexions
Beschichtung ausgebildet sein. Auch auf der Fensterschicht
und der Gitterelektrode kann eine Antireflexions-Beschichtung
angeordnet sein. Auf der Rückseite des p-leitenden oder
n-leitenden Substrates kann eine Rückseitenelektrode ange
ordnet sein.
Bei einer fünften Ausführungsform weist die InP-Solarzelle
ein Si-Einkristallsubstrat, eine erste InP-Schicht und eine
zweite InP-Schicht, die einen zur Oberfläche des Substrates
parallelen p-n-Übergang ausbilden, und eine zwischen dem
Substrat und der ersten InP-Schicht angeordnete Ga_xIn₁ _-xP-
Schicht mit 0≦x≦1 auf, wobei die Ga_xIn₁ _-xP-Schicht eine GaP-
Teilschicht oder eine Ga_xIn₁ _-xP-Teilschicht mit einem hohen
Zusammensetzungsanteil an Ga auf der Seite des Substrates und
eine InP-Teilschicht oder eine Ga_xIn₁ _-xP-Teilschicht mit einem
hohen Zusammensetzungsanteil an In auf der Seite der ersten
InP-Schicht aufweist.
Der Zusammensetzungsanteil bzw. das Zusammensetzungsverhält
nis x der Ga_xIn₁ _-xP-Schicht kann dabei von der Substratseite
in Richtung auf die erste InP-Schicht allmählich abnehmen.
Die Ga_xIn₁ _-xP-Schicht kann aus einer InP/GaP-Überstruktur
schicht mit abwechselungsweise geschichteten InP-Schichten und
GaP-Schichten ausgebildet sein, wobei die dem Substrat be
nachbarte Schicht eine der GaP-Schichten und die der ersten
InP-Schicht benachbarte Schicht eine der InP-Schichten ist.}

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Beispiele für die relative Änderung des Wirkungsgrades durch Strahlung bei einer herkömmlichen Si-Solarzelle mit einem n⁺-p-Übergang und bei einer GaAs-Solarzelle mit heterogener Grenzschicht,

Fig. 2 den Vergleich der Strahlungsauswirkungen auf die Diffu sionslänge der Minoritätsladungsträger in einem GaAs-Einkristall mit denjenigen bei einem InP-Einkristall,

Fig. 3 und 4 den Einfluß der Leitungstypen und der Ladungsträ gerkonzentration auf die Strahlungsauswirkungen bei InP-Einkristallen,

Fig. 5, 6, 7A, 7D, 7E, 8, 9, 10 und 11 Querschnitte von neun Ausführungsbeispielen der erfin dungsgemäßen InP-Solarzelle,

Fig. 7B und 7C Energieband-Diagramme von InP-Solarzellen gemäß der Erfindung und gemäß dem Stand der Tech nik,

Fig. 12 einen Vergleich der durch Bestrahlung von 1 MeV-Elektronen verursachten Änderungen des Umwandlungswirkungs grades bei einer herkömmlichen GaAs-Solarzelle und von erfindungsgemäßen Solarzellen,

Fig. 13 die Auswirkungen der Ladungs trägerkonzentration des Substrats oder der Epitaxie schicht auf die Strahlungsbeständigkeit von er findungsgemäßen Solarzellen,

Fig. 14 die Auswirkung der Übergangs tiefe auf die Strahlungsbeständigkeit und auf den ursprünglichen Umwandlungswirkungsgrad einer er findungsgemäßen Solarzelle und

Fig. 15 ein einen Ver gleich der Verschlechterung des Umwandlungswirkungsgrades für herkömmliche Solar zellen und für eine erfindungsgemäße Solarzelle bei Bestrahlung.

Fig. 2 zeigt den Vergleich zwischen den Änderungen in der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger aufgrund der Bestrahlung mit 1 MeV-Elektronen bei einem GaAs-Einkristall und bei einem InP-Einkristall. Die Diffusions länge der Minoritätsladungsträger wird für die abgespaltene Oberfläche eines pn-Überganges unter Verwendung des Elektro nenstrahl-Induktionsstrom-Verfahrens ("electron beam inducing current method") mit einer Ladungsträgerkonzentration p₀ von etwa 2 × 10¹⁶ cm^-3 gemessen. Die Diffusionslänge der Minori tätsladungsträger ist von Bedeutung als ein physikalischer Parameter, der die Charakteristika der Solarzelle stark be einflußt. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, daß der Ab fall der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger aufgrund der Bestrahlung bei einem InP-Einkristall kleiner ist als bei einem GaAs-Einkristall.

Fig. 3 zeigt, daß eine relative Verschlechterungskonstante für die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger in InP-Ein kristallen von deren Ladungsträgerkonzentrationen abhängt, wenn InP-Einkristalle mit 1 MeV-Elektronen bestrahlt werden. Auch in diesem Fall wird die Diffusionslän ge der Minoritätsladungsträger mit dem Elektronenstrahl Induktionsstrom-Verfahren gemessen. Die Ergebnisse des Expe rimentes zeigen, daß der Qualitätsverlust durch Strahlung bei n-leitenden InP-Einkristallen kleiner ist als bei p-leiten den InP-Einkristallen. Die Ergebnisse deuten an, daß bei der Herstellung einer InP-Solarzelle mit flacher Übergangstiefe die Strahlungsbeständigkeit der Konfiguration mit p⁺-n- Übergang besser ist als diejenige der Konfiguration mit n⁺-p- Übergang. Es zeigt sich auch, daß die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger bei einem InP-Einkristall mit höhe rer Ladungsträgerkonzentration weniger stark abnimmt.

Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit einer relativen Ladungsträger Abnahmerate von p- und n-leitenden InP-Einkristallen als Funktion der Ladungsträgerkonzentration, wenn eine Bestrahlung mit 1 MeV-Elektronen durchgeführt wird. Nach diesem Ergebnis ist die relative Ladungsträger-Abnahmerate für n-leitende InP- Einkristalle aufgrund der Bestrahlung geringer als für p-lei tende InP-Einkristalle. Es zeigt auch, daß InP-Ein kristalle mit höherer Ladungsträgerkonzentration die kleinere Ladungsträger-Abnahmerate aufweisen.

Aus den Ergebnissen der vorstehenden Experimente folgt, daß die Bestrahlungsbeständigkeit von InP-Einkristallen besser ist als diejenige von GaAs-Einkristallen. Aus den Experimen ten läßt sich auch erkennen, daß der Grad der Verringerung der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger und der La dungsträgerkonzentration in InP-Einkristallen aufgrund von Bestrahlung mit 1 MeV-Elektronen von dem Leitungstyp und der Ladungsträgerkonzentration des InP-Einkristalles abhängt.

Die Erfindung basiert auf den vorstehenden Phänomenen und nutzt diese in vorteilhafter Weise aus. Die Experimente deu ten an, daß InP-Solarzellen mit besserer Beständigkeit gegen Verringerung des Wirkungsgrades durch Strahlung als GaAs-Solarzellen herge stellt werden können.

Nachstehend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der erfin dungsgemäßen InP-Solarzellen mit Bezug auf die Fig. 5, 6, 7A, 7D, 7E, 8, 9, 10 und 11 erläutert.

Beispiel 1

Fig. 5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen InP-Solarzelle. Auf einem p-leitenden InP Einkristallsubstrat 1 ist eine n-leitende InP-Schicht 2 durch Epitaxie- oder thermische Diffusionsverfahren aufgebracht. Auf der n-leitenden Schicht 2 sind Ohm'sche Kontakte 3 aus Au-Ge mit einem gitterförmigen Muster ausge bildet. Auf der Oberfläche der n-leitenden Schicht 2 ist eine Antireflexions-Beschichtung 4 aus SiO₂ oder Si₃N₄ aufgebracht, die auch die Kontakte 3 bedeckt. Auf der Rückseite des Substrates 1 ist eine Ohm'sche Rückseitenelektrode 5 angeordnet, im Ausführungsbeispiel aus Au-Zn. Das Sonnenlicht fällt von der Seite der Antireflexions-Beschichtung 4 ein.

Beispiel 2

Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen InP-Solarzelle. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine p-leitende InP-Schicht 16 durch Epitaxieverfahren auf einem p-leitenden InP-Einkristallsubstrat 11 aufgewachsen. Die n-leitende InP-Schicht 2 ist durch Epitaxieverfahren auf die Schicht 16 aufgebracht.

Beispiel 3

Fig. 7A zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge mäßen InP-Solarzelle. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine p-leitende Ga_xIn₁ _-xP-Schicht 27 (0≦x≦1) durch Epitaxierverfah ren auf einem p-leitenden Si-Einkristallsubstrat 21 aufge bracht. Auf der p-leitenden Schicht 27 ist durch Epi taxieverfahren eine p-leitende InP-Schicht 26 aufgewachsen. Die n-leitende InP-Schicht 2 ist durch Epitaxiewachstum auf der p-leitenden InP-Schicht 26 aufgebracht. Die weitere Struktur der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 6 und 7A ent spricht derjenigen von Fig. 5.

Das InP-Einkristallsubstrat ist teurer als ein Silicium-Ein kristallsubstrat, und InP weist eine Dichte von etwa 4,8 g/cm³ auf, d. h. es ist etwa doppelt so schwer wie Si. Eine Solar zelle mit einem InP-Substrat ist deshalb teuer und schwer und weist deshalb bezüglich der Leistungsfähigkeit pro Ge wichtseinheit Nachteile auf.

Im Falle einer GaAs-Solarzelle kann ein Siliciumsubstrat ein fach angepaßt werden, indem eine Ge-Einkristallschicht, de ren Gitterkonstante im wesentlichen gleich wie diejenige von GaAs ist, zwischen der Si-Einkristallschicht und der GaAs-Ein kristallschicht angeordnet wird. Andererseits ist im Falle einer InP-Solarzelle der Unterschied der Gitterkonstanten zwischen InP und Si größer als derjenige zwischen GaAs und Si, und es gibt keinen Halbleiter, dessen Gitterkonstante im we sentlichen gleich wie diejenige von InP ist, wie Ge im Falle von GaAs, so daß eine InP-Solarzelle mit Siliciumsubstrat bisher nicht realisiert wurde.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7A ist die p-leitende Ga_xIn₁ _-xP-Epitaxialschicht 27 zwischen dem p-leitenden Sili ciumsubstrat 21 und der p-leitenden InP-Schicht 26 angeordnet, um die vorstehende Anforderung zu erfüllen. Insbesondere weist die Schicht 27 eine GaP-Teilschicht oder eine Ga_xIn₁ _-xP-Teilschicht mit einem höheren Anteil an Ga auf der Sei te des Si-Substrates 21 und eine InP-Teilschicht oder eine Ga_xIn₁ _-xP-Teilschicht mit einem höheren Anteil an In auf der Sei te der InP-Schicht 26 auf.

Beispiel 4

Ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen InP-Solar zelle ist in Fig. 7D dargestellt. Gemäß Fig. 7D ist eine p-leitende GaP-Schicht 50 auf dem p-leitenden Si-Substrat 21 ausgebildet. Auf der p-leitenden GaP-Schicht 50 ist eine p-leitende Ga_xIn₁ _-xP-Schicht 57 ausgebildet, wobei sich das Verhältnis x der Bestandteile kontinuierlich oder schrittwei se allmählich ändert, wie vorstehend erläutert. Auf der p-leitenden Ga_xIn₁ _-xP-Schicht 57 ist die p-leitende InP- Schicht 26 ausgebildet.

Das aufeinanderfolgende Wachstum der GaP-Schicht 50, der Ga _xIn₁ _-xP-Schicht 57, der p-leitenden Schicht 26 und der n-leitenden InP-Schicht 2 auf dem p-leitenden Si-Substrat 21 kann in geeigneter Weise durch ein metallorganisches chemi sches Gasphasenabscheidungsverfahren (MOCVD-Verfahren) durch geführt werden, durch das die Zusammensetzungen der wachsenden Schichten leicht gesteuert werden können und das zur Massen produktion geeignet ist. Ferner lassen sich auch Molekular strahlepitaxie-Verfahren oder Gasphasenabscheidungsverfahren (VD-Verfahren) unter Verwendung von Halogen-Verbindungen mit guten Ergebnissen einsetzen.

Bei dieser Struktur ist die Gitterkonstante von 0,545 nm von GaP im wesentlichen gleich groß wie die Gitter konstante von Si von 0,543 nm, so daß eine GaP-Schicht hoher Qualität auf dem Si-Einkristallsubstrat wachsen kann. Auf der GaP-Schicht wächst die Ga_xIn₁ _-xP-Schicht mit einer allmählichen Änderung des Zusammensetzungsverhältnisses x zwischen 1 und 0 auf und darauf schließlich die InP-Schicht (x = 0), so daß eine mögliche Gitterdeformation aufgrund des Unterschiedes der Gitterkonstanten zwischen Si und InP durch die Ga_xIn₁ _-xP-Schicht 27 relaxiert wird, und die aufgewachse ne InP-Schicht 26 ist eine Schicht hoher Qualität ohne Defekte, wie Versetzungen aufgrund von Fehlpassungen oder dergl.

Das vorstehend erläuterte Zusammensetzungsverhältnis x kann entweder kontinuierlich geändert werden oder in Schritten von beispielsweise 0,05 bis 0,2 zwischen dem p-leitenden Si-Substrat 21 und der InP-Schicht 26.

Zwischen dem p-leitenden Si-Substrat 21 und der InP-Schicht 26 kann auch ein Schichtaufbau mit einer InP/GaP-Überstruktur mit etwa 50 sehr dünnen Schichten angeordnet werden, wobei dünne InP- Schichten und GaP-Schichten mit einer Dicke von jeweils etwa 10 nm abwechselungsweise derart geschichtet werden, daß eine dünne GaP-Schicht benachbart zum Si- Substrat und eine dünne InP-Schicht benachbart zur InP-Schicht 26 angeordnet sind.

Beispiel 5

Ein fünftes Ausführungsbeispiel mit einer Schicht mit Überstruktur ist in Fig. 7E dargestellt. Gemäß Fig. 7E ist eine InP/GaP- Überstrukturschicht 67 derart auf der p-leitenden GaP- Schicht 50 angeordnet, daß sehr dünne InP-Schichten und sehr dünne GaP-Schichten mit einer Dicke von jeweils etwa 10 nm aufeinandergeschichtet sind und daß eine der sehr dünnen GaP-Schichten auf dem p-leitenden Si-Substrat 21 und eine der sehr dünnen InP-Schichten an der InP-Schicht 26 angeordnet ist. Die p-leitende InP- Schicht 26 ist auf der Überstrukturschicht 67 ausgebildet.

Bei dieser Ausgestaltung wird die Ausbildung von Fehlpassungs versetzungen oder dergl. unterdrückt, obwohl sich die Gitterkonstanten zwischen InP und GaP unterscheiden. Infol gedessen weist die auf der Überstrukturschicht ausgebildete p-leitende InP-Schicht 26 gute Qualität und wenige Kristall effekte auf.

Bei der in Fig. 7A dargestellten Ausführungsform weist die Ga_xIn₁ _-xP-Schicht 27 eine große Bandlücke auf, und dement sprechend wird eine Potentialbarriere gegen die in der InP- Schicht 26 erzeugten Minoritätsladungsträger ausgebildet, so daß der Umwandlungswirkungsgrad vergrößert wird.

Die Wirkung der Potentialbarriere wird mit Bezug auf die Fig. 7B und 7C erläutert, die der Ausführungsform gemäß Fig. 7A bzw. einer bekannten Solarzelle mit n⁺-p-Über gang entsprechen. In den Fig. 7B und 7C zeigt "e" ein Elektron oder einen Elektronenfluß an.

Wie aus Fig. 7B ersichtlich, können die in der p-leitenden InP-Schicht erzeugten Minoritätsladungsträger (Elektron e) aufgrund der durch die p-leitende Ga_xIn₁ _-xP-Schicht ausge bildeten Potentialbarriere nicht rückwärts diffundieren. In folgedessen erhöht sich die Anzahl der in die InP-Schicht vom n⁺-Typ fließenden Elektronen, und entsprechend wird der Umwandlungswirkungsgrad verbessert.

Gemäß Fig. 7C diffundieren die in der p-leitenden InP-Schicht erzeugten Elektronen e weiter im Inneren der p-leitenden InP- Schicht, so daß die Zahl der in die InP-Schicht vom n⁺-Typ fließenden Elektronen kleiner ist als diejenige im Falle von Fig. 7B. Dies bedeutet eine Verringerung des Umwandlungswir kungsgrades.

InP weist eine kleinere Oberflächen-Rekombinationsgeschwindig keit als GaAs auf, so daß die Struktur einer InP-Solarzelle keine Fensterschicht erfordert, die für eine GaAs-Solarzelle wesentlich ist. Infolgedessen kann eine InP-Solarzelle mit einfacher Struktur ausgebildet werden, wie in den Fig. 5, 6, 7A, 7D oder 7E gezeigt.

Beispiel 6

Fig. 8 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge mäßen InP-Solarzelle mit einem n-leitenden InP-Einkristall substrat 31 und einer auf dem Substrat 31 gewachsenen p-lei tenden InP-Schicht 32. Die Ohm'schen Kontakte 3 mit Gitter muster sind auf der p-leitenden InP-Schicht 32 angeordnet. Die Antireflexions-Beschichtung 4 bedeckt die Kontakte 3 auf der p-leitenden InP-Schicht 32. Die Elektrode 5 ist auf der Rückseite des Substrates 31 angeordnet.

Beispiel 7

Fig. 9 zeigt ein siebentes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge mäßen InP-Solarzelle mit einer n-leitenden InP-Epitaxial schicht 46 , die mittels Epitaxieverfahren auf ein n-leiten des InP-Einkristallsubstrat 41 mit hoher Ladungsträgerkonzen tration aufgebracht ist. Auf der Epitaxialschicht 46 ist die p-leitende InP-Schicht 32 angeordnet. Die Ohm'schen Kontakte 3 weisen ein Gittermuster auf, die Antireflexions-Beschichtung 4 und die Elektrode 5 auf der Rückseite sind wie im Ausfüh rungsbeispiel gemäß Fig. 8 ausgebildet.

Beispiel 8

Fig. 10 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel einer erfindungs gemäßen InP-Solarzelle. Auf der p-leitenden InP-Schicht 32 gemäß der Solarzellen von Fig. 8 ist eine p-leiten de Fensterschicht 8 aus (Al_xGa₁ _-x)_0,47In_0,53As oder Al_0,47In_0,53As ausgebildet, deren Gitter an InP angepaßt ist. Die Antireflexions-Beschichtung 4 ist auf der p-leitenden Fensterschicht 8 ausgebildet. Die übrige Kon figuration entspricht derjenigen von Fig. 8.

Beispiel 9

Fig. 11 zeigt ein neuntes Ausführungsbeispiel einer erfindungs gemäßen InP-Solarzelle. Auf der p-leitenden InP-Schicht 32 der Solarzellenstruktur gemäß Fig. 9 ist eine p-leitende Fensterschicht 8 aus (Al_xGa₁ _-x)_0,47In_0,53As oder Al_0,47In_0,53As ausgebildet, und die Antire flexions-Beschichtung 4 ist auf der p-leitenden Fenster schicht 8 ausgebildet. Die übrige Konfiguration entspricht derjenigen gemäß Fig. 9.

Die Substrate 1 und 31 weisen in den Fig. 5, 8 und 10 wirken sowohl als aktive Schicht für die photovoltaische Umwandlung als auch als Träger. In den Ausführungs beispielen gemäß den Fig. 6, 7A, 7D, 7E, 9 und 11 sind die aktive Schicht und die Träger als Schichten 16 und 11, 26 und 21, 46 und 41 getrennt ausgebildet. Obwohl diese getrennten Schichten eine relativ komplizierte Struktur ergeben, weist diese Schichtstruktur Vorteile auf bezüglich Problemen mit erhöhtem Reihenwiderstand, die aus der verringerten Ladungsträgerkonzentration aufgrund der Bestrahlung resultieren.

Zudem kann bei dieser Mehrschichten-Struktur ein Silicium substrat verwendet werden, wie in den Fig. 7A, 7D oder 7E dargestellt, das leicht und preiswert ist, so daß eine InP- Solarzelle mit geringem Gewicht und niedrigen Kosten reali siert werden kann.

Bei der Struktur der InP-Solarzelle gemäß Fig. 5 ist wich tig, daß eine Fensterschicht aus einem Material mit großer Bandlücke, wie in herkömmlichen GaAs-Solarzellen, nicht er forderlich ist, wobei die einfache Struktur, beispielsweise gemäß den Ausführungsformen der Fig. 5 bis 9, Vorteile bei der Herstellung aufweist. Dieser Vorteil der InP-Solarzellen ist dem Umstand zuzuschreiben, daß die Oberflächen-Rekombina tionsgeschwindigkeit für InP um etwa drei Größenordnungen ge ringer ist als diejenige für GaAs.

In Fig. 12 sind die Änderungen des Wirkungsgrades aufgrund einer Bestrahlung mit 1 MeV-Elektronen bei einer Übergangs tiefe x _j von 0,7 µm bei einer herkömmlichen GaAs-Solarzelle mit heterogener Grenzschicht (Kurve F) und bei einer erfin dungsgemäßen InP-Solarzelle gegenübergestellt. Die Kurven A, B und C entsprechen Fällen, in denen das p-leitende InP- Substrat 1 gemäß Fig. 5 eine Ladungsträgerkonzentration von p ₀≃5 × 10¹⁵ cm^-3, p ₀≃2 × 10¹6 cm^-3 bzw. p ₀≃1 × 10¹⁷ cm³ aufweist. Die Kurven D und E zeigen Fälle, in denen das n-leitende InP-Substrat 31 gemäß Fig. 8 eine Ladungsträger konzentration n ₀≃5 × 10¹⁵ cm^-3 bzw. n ₀≃1 × 10¹⁶ cm^-3 aufweist.

Aus Fig. 12 geht hervor, daß die Charakteristika einer er findungsgemäßen InP-Solarzelle denjenigen einer GaAs-Solar zelle mit heterogener Grenzschicht überlegen sind, die bisher als Solarzelle mit guter Strahlungsbeständigkeit betrachtet wurde. Wenn man annimmt, daß die Lebensdauer einer Solar zelle als diejenige Periode definiert ist, während der der Wir kungsgrad der Solarzelle relativ zum ursprünglichen Wirkungs grad mindestens 75% beträgt, ist aus Fig. 12 klar ersicht lich, daß bei der Verwendung einer InP-Solarzelle im Weltraum für eine InP-Solarzelle mit der n⁺-p-Struktur eine Lebens dauer von mindestens 10 Jahren und für eine InP-Solarzelle mit der p⁺-n-Struktur eine Lebensdauer von mindestens 200 Jah ren erwartet werden kann.

Bei der in den Fig. 5 bis 11 dargestellten erfindungsge mäßen Solarzelle wird eine in Fig. 13 dargestellte Beziehung eingehalten zwischen der Ladungsträgerkonzentration n ₀, p₀ (cm^-3) des InP-Einkristallsubstrates oder der InP-Epi taxialschicht und der eine 25prozentige Verringerung der ursprünglichen Ausgangsleistung hervorrufenden 1 MeV-Elek tronenfluenz, d. h. der Strahlungsbeständigkeit der Solarzelle. In Fig. 13 bezieht sich Kurve I auf eine in Fig. 9 oder 11 dargestellte InP-Solarzelle mit p ⁺-n-Über gang. Kurve II bezieht sich auf eine in Fig. 8 oder 10 dar gestellte InP-Solarzelle mit p⁺-n-Über gang. Kurve III von Fig. 13 bezieht sich auf eine in Fig. 5, 6, 7A, 7D oder 7E gezeigte InP-So arzelle mit n⁺-p-Übergang. Kurve IV von Fig. 13 bezieht sich auf eine herkömmliche GaAs-Solarzelle. Dabei zeigt die waagerechte Achse die Ladungsträger konzentration p ₀ eines p-leitenden InP-Substrates (Fig. 5) oder einer p-leitenden Epitaxialschicht (Fig. 6, 7A, 7D oder 7E), eine Ladungsträgerkonzentration n ₀ eines n-leitenden InP-Substrates (Fig. 8 oder 10) oder einer n-leitenden Epi taxialschicht (Fig. 9 oder 11) in einer erfindungsgemäßen Solarzelle.

Die Kurve IV von Fig. 13 ist flach, da im Falle einer GaAs- Solarzelle die Größe der Abnahme der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger aufgrund einer Bestrahlung mit 1 MeV- Elektronen von der Ladungsträgerkonzentration der n-leitenden Schicht nahezu unabhängig ist. Andererseits hängen in InP-So larzellen sowohl die Diffusionslänge der Minoritätsladungs träger (Fig. 3) als auch die Abnahme der Ladungsträgerkon zentration (Fig. 4) stark von der Ladungsträgerkonzentra tion ab, und demgemäß zeigt der einer 25prozentigen Verringe rung des ursprünglichen Ausganges entsprechende 1 MeV-Elek tronenfluß eine bemerkenswerte Abhängigkeit von der Ladungs trägerkonzentration.

Es hat sich gezeigt, daß die Strahlungsbeständigkeits- Charakteristika der in den Fig. 5, 6, 7A, 7D oder 7E dar gestellten InP-Solarzellen mit n⁺-p-Übergang verbessert wer den, wenn die Ladungsträgerkonzentration des p-leitenden InP-Substrates oder der p-leitenden InP-Epitaxialschicht zu nimmt. Mit Bezug auf Fig. 13 kann die Ladungsträgerkonzen tration des p-leitenden InP-Substrates oder der p-leitenden InP-Epitaxialschicht folgendermaßen bestimmt werden:

Wenn in Kurve III von Fig. 13 für p ₀ ein Wert von mindestens 2 × 10¹⁶ cm^-3 gewählt wird, läßt sich die Lebensdauer der Solarzellen verglichen mit den GaAs-Solarzellen gemäß Kur ve IV verbessern. Die Kurve II in Fig. 13 zeigt deutlich, daß in der in den Fig. 8 oder 10 gezeugten Ausführungsform für eine InP-Solarzelle mit p⁺-n-Übergang die mit dieser Solar zelle erzielten Charakteristika diejenigen von herkömmlichen GaAs-Solarzellen (vgl. Kurve IV) übertreffen, wenn die La dungsträgerkonzentration n ₀ des n-leitenden InP-Einkristall substrates mehr als 1 × 10¹⁵ cm^-3 beträgt. Wenn die Ladungsträgerkon zentration n ₀ des n-leitenden InP-Einkristallsubstrates min destens 5 × 10¹⁵ cm^-3 beträgt, übertreffen die mit InP-Solar zellen mit p⁺-n-Übergang erzielten Charakteristika diejenigen von InP-Solarzellen mit n⁺-p-Übergang (vgl. Kurve III) eben falls.

Zudem läßt sich bei den in den Fig. 9 oder 11 dargestell ten Strukturen eine stark verbesserte Strahlungsbeständigkeit erzielen, wenn die Ladungsträgerkonzentration n ₀ der n-leiten den InP-Schicht 46 mindestens 5 × 10¹⁴ cm^-3 beträgt. Es ist wesentlich, daß die in Fig. 9 oder 11 dargestellte Struktur bei geringen Ladungsträgerkonzentrationen eine bessere Strah lungsbeständigkeit zeigt als die in den Fig. 8 oder 10 dargestellte Struktur. Der Grund dürfte darin liegen, daß die Dicke der n-leitenden InP-Schicht 46 etwa 5 µm beträgt und relativ zum Substrat 31 (Fig. 8 und 10) mit einer Dicke von etwa 500 µm dünn ist und daß dementsprechend fast kein Problem auftritt, selbst wenn der Reihenwiderstand aufgrund der durch die Be strahlung verursachten Abnahme der Ladungsträgerkonzentra tion zunimmt.

Wenn eine InP-Solarzelle mit p⁺-n-Übergang eine Struktur gemäß den Fig. 8 oder 10 aufweist, wird die Strahlungsbeständigkeit verbessert, wenn die Ladungsträgerkonzentration des n-leitenden InP-Ein kristallsubstrates 31 zunimmt. Ebenso wird, wenn eine InP-Solarzelle mit p⁺-n-Übergang eine Struktur gemäß den Fig. 9 oder 11 aufweist, die Strahlungsbeständigkeit verbessert, wenn die Ladungsträger konzentration in der n-leitenden InP-Schicht 46 zunimmt.

Die Ladungsträgerkonzentration des n-leitenden Substrates 31 kann durch Zusatz von Verunreinigungen, wie Si, Sn, Ge, S, Se oder Te, auf einen geeigneten Wert eingestellt werden. Die in Fig. 12 dargestellte Charakteristik wird aufgrund der Art der zugesetzten Verunreinigungen nicht geändert.

Bei den in den Fig. 8 und 10 gezeigten Konfigurationen ist das Substrat 31 ein (100)-orientierter, n-leitender InP- Einkristall mit den genannten Verunreinigungen und eine Ladungsträgerkonzentration zwischen 1 × 10¹⁵ und 1 × 10¹⁸ cm^-3 auf. Das n-leitende InP-Ein kristallsubstrat 41 ( Fig. 9 und 11) mit hoher Ladungsträgerkonzentration ist auch aus einem (100)-orientierten n-leitenden InP-Einkristall hergestellt, der die vorstehenden Verunreinigungen in einer derartigen Menge enthält, daß die Ladungsträgerkonzen tration im Bereich von 5 × 10¹⁷ bis 1 × 10¹⁹ cm^-3 eingestellt ist.

Die n-leitende InP-Epitaxialschicht 46 kann hergestellt werden durch MOCVD-Verfahren, herkömmliche Flüssigphasenepitaxie- Verfahren, VD-Verfahren unter Verwendung von Halogenverbindungen oder Molekularstrahlepitaxie-Verfahren, und weist eine Ladungsträgerkonzentration zwischen 2 × 10¹⁴ und 1 × 10¹⁸ cm^-3, vorzugsweise zwischen 5 × 10¹⁴ und 5 × 10¹⁷ cm^-3 und eine Dicke von 1 bis 5 µm auf.

Die p-leitende InP-Schicht 32 kann durch erneutes epitaxiales Aufwachsen auf dem n-leitenden InP-Einkristallsubstrat 31 oder der n-leitenden Epitaxialschicht 46 hergestellt werden. Gegebenenfalls kann auch der Oberflächenabschnitt des n-leiten den InP-Einkristallsubstrates 31 oder der n-leitenden InP-Epi taxialschicht 46 durch thermisches Eindiffundieren von Akzep tor-Verunreinigungen, wie Zn, in den p-Typ umgewandelt wer den. In diesem Fall kann die Ladungsträgerkonzentration der p-leitenden InP-Schicht 32 zwischen 5 × 10¹⁷ und 1 × 10¹⁹ cm^-3 und deren Dicke, die auch als "Übergangstiefe x _j" bezeichnet wird, zwischen 0,05 und 2 µm betragen. Für die Struktur einer in den Fig. 8 und 10 dargestellten InP-Solarzelle mit n ₀ = 1 × 10¹⁶ cm^-3 zeigt die Kurve I in Fig. 14 die Beziehung zwischen der Bestrahlungsbeständig keit, d. h. der Lebensdauer unter dem Einfluß der Weltraum strahlung (definiert durch die 1 MeV-Elektronenfluenz, die eine 25prozen tige Verringerung der ursprünglichen Ausgangsleistung einwirkt) und der Dicke x _j der p-leitenden InP-Schicht 32. Es zeigt sich, daß die Bestrah lungsbeständigkeit mit der Verringerung der Übergangstiefe x _j besser ist.

Außerdem ist in Fig. 14 aus der Kurve II dargestellten Beziehung zwi schen dem ursprünglichen Umwandlungswirkungsgrad und der Übergangstiefe x _j ersichtlich, daß der Umwandlungswirkungsgrad vor der Bestrahlung, also der ursprüngliche Umwandlungswirkungs grad der InP-Solarzelle ebenfalls zunimmt, wenn die Übergangs tiefe x _j verringert wird.

Aus den in Fig. 14 dargestellten Ergebnissen geht hervor, daß sich eine InP-Solarzelle mit überlegener Beständigkeit gegen Strahlung und hohem Wirkungsgrad realisieren läßt, wenn die Übergangstiefe x _j, d. h. die Dicke der p-leitenden InP- Schicht 32, höchstens 2 µm beträgt.

Wenn x _j 0,1 µm oder weniger beträgt, nimmt der Widerstand in Horizontalrichtung der p⁺-Schicht 32 parallel zur Fläche des p-n-Überganges zu und infolgedessen nimmt der ursprüngliche Um wandlungswirkungsgrad ab. Der Grund dafür, daß x _j in der p⁺- Schicht 32 größer als im Falle der n⁺-Schicht 2 gemäß den Fig. 5 oder 6 sein muß, dürfte darin liegen, daß Zn oder Cd als Dotierungsmittel der p⁺- Schicht 32 nur soweit zugesetzt werden können, daß sie eine Ladungsträgerkon zentration von nur etwa 10¹⁸ cm^-3 ergeben, während S, Se oder Te als Dotierungsmittel der n⁺-Schicht 2 soweit zugesetzt wer den können, daß sie eine hohe Ladungsträgerkonzentration von 10²⁰ cm^-3 ergeben, und daß die Beweglichkeit der Löcher niedriger ist als die Beweglichkeit der Elektronen.

Bei den in den Fig. 5, 6, 7A, 7D und 7E dargestellten InP- Solarzellen mit n⁺-p- und n⁺-p-p⁺-Strukturen wird die Bestrahlungsbeständigkeit ebenfalls verbes sert, wenn die Übergangstiefe x _j abnimmt. Infolgedessen läßt sich eine InP-Solarzelle mit überlegener Strahlungsbeständig keit und hohem ursprünglichen Wirkungsgrad erzielen, indem x _j auf höchstens 1 µm eingestellt wird. Wenn x _j 0,05 µm oder weniger beträgt, verringert sich der ursprüngliche Umwand lungswirkungsgrad, da der Widerstand in Horizontalrichtung der n⁺-Schicht 2 parallel zur Fläche des Überganges zunimmt, so daß infolgedessen die Reihenwiderstands-Komponente zunimmt. Die Reproduzierbarkeit bei der Herstellung der Solarzelle wird ebenfalls erheblich verringert, wenn x _j 0,05 µm oder weniger beträgt.

Nachstehend wird die Herstellung der in den Fig. 8, 9, 10 und 11 gezeigten Ohm'schen Kontakte 3 erläutert. Bei der in den Fig. 8, 9, 10 und 11 gezeigten InP-Solarzelle mit p⁺-n-Übergang wird Au-Zn (5%) mit einer Dicke von etwa 200 nm mittels Vakuum-Deposition auf die p-lei tende InP-Schicht 2 aufgebracht. Dann wird das Gittermuster mit einem Gitterabstand oder Intervall von 500 µm und einer Breite von 50 µm durch Abhebeverfahren unter Verwendung eines Photolacks hergestellt. Als die in den Fig. 8, 9, 10 und 11 dargestellte Antireflexions-Beschich tung 4 wird Ta₂O₅ verwendet, und der Ta₂O₅-Film wird auf der Schicht 32 oder 8 mit einer Dicke von 70 nm durch Vakuum-Deposition derart niedergeschlagen, daß der Film die Gitterelektrode 3 bedeckt.

Für die Rückseiten-Elektrode 5 der in den Fig. 8, 9, 10 und 11 gezeigten InP-Solarzelle mit p⁺-n-Übergang wird Au-Sn (10%) mit einer Dicke von etwa 200 nm durch Vakuum- Deposition auf der Rückseite des Substrates 31 niedergeschla gen.

Bei der Solarzelle gemäß den Fig. 10 und 11 wird die p-lei tende Fensterschicht 8 aus (Al _xGa₁ _-x)_0,47In_0,53As oder Al_0,47In_0,53As ausgebildet. Zusätzlich zur Anpassung der Gitterkonstante an InP muß die p-leitende Fensterschicht 8 eine größere Engerie lücke als InP aufweisen, und die Dicke der Fensterschicht 8 muß so dünn wie möglich sein. Wenn die p-leitende Fenster schicht 8 eine Ladungsträgerkonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 aufweist und aus einem Al _0,47In_0,53As-Film mit einer Dicke von 0,2 µm ausgebildet ist, wird mit der in Fig. 10 dargestellten Struktur ein Umwandlungswirkungsgrad von 17,3% erzielt und bei der in Fig. 11 darge stellten Struktur ein Umwandlungswirkungsgrad von 17,8%.

Bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten InP-Solarzelle mit n⁺-p-Übergang werden die Gitterkontakte 3 bzw. die Rück seiten-Elektrode 5 durch Niederschlagen von Au-Sn (10%) bzw. Au-Zn (5%) auf der n-leitenden InP-Schicht 2 bzw. auf dem Substrat 1 oder 11 ausgebildet werden.

Die Gitterelektrode 3, die Antireflexions-Beschichtung 4, die Rückseiten-Elektrode 5 und die Fensterschicht 8 sind an sich bekannt und können mit herkömmlichen Materialien und Verfahren hergestellt werden. Die genannten Beispiele für die se Teile dienen deshalb lediglich der Illustration.

Im folgenden werden Verfahren beschrieben, nach denen InP-Solar zellen entsprechend den Beispielen 1 bis 9 hergestellt wurden.

Beispiel 1 (n⁺-p-Struktur gemäß Fig. 5)

Ein 7 mm × 7 mm großes, 350 µm dickes (100)-orientiertes p-leitendes InP-Substrat wurde mittels mechanischem Polie ren hochglanzpoliert. Das p-leitende InP-Substrat wurde mit Zn dotiert und wies eine Ladungsträgerkonzentration von 5 × 10¹⁶ cm^-3 auf. Nach dem Entfetten des p-leitenden InP- Substrates durch Ultraschallreinigung in Trichloräthylen wurde es mit einer 1%igen Brom-Methanol-Lösung che misch poliert.

Fünf Stücke des p-leitenden InP-Substrates wurden zusammen mit 5 mg rotem Phosphor und 50 mg Indiumsulfid (In₂S₃) in einer Quarzampulle mit 10 mm Innendurchmesser bei einem Druck von etwa 1 × 10^-6 mbar im Vakuum verschlossen. Die Quarzam pulle wurde in einem elektrischen Ofen bei 650°C 3 Stunden lang einer Wärmebehandlung unterzogen.

Durch diese Wärmebehandlung diffundierte Schwefel thermisch in das p-leitende InP-Substrat ein, wodurch eine InP-Schicht vom n⁺-Typ mit einer Dicke von 0,6 µm und einer Ladungsträger konzentration von 5 × 10¹⁸ cm^-3 auf der Oberfläche des InP- Substrates ausgebildet wurde. Auf der Rückseite des p-leiten den InP-Substrates wuchs ebenfalls eine InP-Schicht vom n⁺-Typ auf. Zum Entfernen dieser InP-Schicht vom n⁺-Typ auf der Rückseite wurde die Rückseite bis zu einer Tiefe von 5 bis 10 µm mit 1%iger Brom-Methanol-Lösung abgeätzt, während die Vorderseite mit Wachs geschützt wurde, nachdem das p-leitende InP-Substrat aus der Quarzampulle ent nommen wurde.

Danach wurde ein Au-Zn (7 Gewichtsprozent)-Film durch Vakuum Deposition mit einer Dicke von 200 nm auf der Rück seite des p-leitenden InP-Substrates ausgebildet. Dieses Substrat wurde 5 Minuten lang einer Wärmebehandlung in mit 500 ml/Minute strömender Stickstoffgasatmosphäre bei 450°C unterzogen, so daß auf dem p-leitenden InP-Substrat Ohm'sche Elektroden ausgebildet wurden. Die Ohm'schen Kontaktelektroden wurden auf die Oberfläche der InP-Schicht vom n⁺-Typ folgen dermaßen aufgebracht: Zur Ausbildung eines Gittermusters mit einer Breite von 50 µm und einem Gitterabstand von 500 µm auf der InP-Schicht von n⁺-Typ wurde ein Photolack verwendet. Auf der n⁺-leitenden Schicht wurde durch Vakuum-Deposition ein Au-Sn (10 Gewichtsprozent)- Film mit einer Dicke von 200 nm ausgebildet, und da nach wurden die Gitterelektroden durch Abhebeverfahren ausge bildet. Damit ergaben sich Ohm'sche Kontakte zwischen dem Au-Sn-Film und der n⁺-leitenden InP-Oberfläche, und es war deshalb keine Wärmebehandlung erforderlich.

Die p-leitenden InP-Substrate wurden gespalten, so daß ihre Abmessungen 5 mm × 5 mm betrugen. Danach wurden sie, während die Au-Zn-Elektroden auf der Rückseite angeordnet waren, mit Silberpaste auf eine silberbeschichtete Aluminiumoxid- Platte aufgebracht. Als Verbindungsdraht wurde ein Al-Draht mittels Ultraschall-Bondens mit den Au-Sn-Elek troden verbunden.

Mit den vorstehenden Verfahrensschritten wurde eine als Solar zelle funktionierende Vorrichtung hergestellt. Die auf die Aluminiumoxid-Platte aufmontierte Vorrichtung wurde ohne weitere Änderungen und bei einem Vakuum von etwa 1 × 10^-6 mbar in ein Vakuum-Verdampfungssystem eingebracht, und auf der gesamten Oberfläche der Probe wurde mittels Elektronenstrahl-Niederschlagung ein Ta₂O₅-Film mit 80 nm Dicke als Antireflexions-Beschichtung ausgebildet.

Beim Messen des photoelektrischen Umwandlungs-Wirkungsgrades der auf diese Weise hergestellten Solarzelle unter Verwen dung eines Luft-Masse AM 1,5 Sonnensimulators als Lichtquelle wurde ein Wirkungsgrad von 16,8% ermittelt bei einer Leerlaufspannung V _oc von 0,81 Volt, einer Kurzschluß- Stromdichte von 28 mA/cm² und einem Füllfaktor von 0,74. Zur Bestimmung der Beständigkeit gegen Strahlung wurde die hergestellte Solarzelle mit 1 MeV-Elektronen bestrahlt. Die Bestrahlung wurde bei Raumtemperatur und unter Leerlaufbe dingungen durchgeführt. Zum Vergleich wurde gleichzeitig eine GaAs-Solarzelle mit heterogener Grenzfläche und einer Übergangstiefe von 0,5 µm bestrahlt, deren Umwandlungs wirkungsgrad 18% betrug. Nach der Bestrahlung mit den 1 MeV- Elektronen mit einer Fluenz von 1 × 10¹⁵ cm^-2 betrug der Um wandlungswirkungsgrad der InP-Solarzelle 15,8%, während der Umwandlungswirkungsgrad der GaAs-Solar zelle mit heterogener Grenzfläche 13,3% betrug. Der Umwand lungswirkungsgrad wurde somit nach der Bestrahlung mit 1 MeV-Elektronen bei einem Fluß von 1 × 10¹⁵ cm^-2 auf diese Weise bei der herkömmlichen GaAs-Solarzelle auf etwa 75% des Ausgangswertes reduziert, während bei der erfindungs gemäßen InP-Solarzelle ein Umwandlungswirkungsgrad von etwa 95% des Ausgangswertes aufrechterhalten wurde.

Beispiel 2 (n⁺-p-p⁺-Struktur gemäß Fig. 6)

Eine InP-Solarzelle mit n⁺-p-p⁺-Struktur gemäß Fig. 6 wur de durch Flüssigphasenepitaxie hergestellt.

Als p⁺-leitendes Substrat wurde ein (100)-orientierter, Zn- dotierter InP-Kristall mit einer Ladungsträgerkonzentra tion von 2 × 10¹⁸ cm^-3 hergestellt. Die Oberflächenbearbei tung des p⁺-leitenden Substrats entsprach derjenigen des p-leitenden Substrats in Beispiel 1.

Unter Verwendung des Schritt-Reinigung-Verfahrens mit In als Lösungsmittel wuchsen nachein ander eine mit Zn dotierte p-leitende InP-Schicht mit einer Ladungsträgerkonzentration von 7 × 10¹⁶ cm^-3 und einer Dicke von 4 µm und eine mit Te dotierte n⁺-leitende InP-Schicht mit einer Ladungsträgerkonzentration von 7,5 × 10¹⁸ cm^-3 und einer Dicke von 0,3 µm auf das p⁺-leitende Substrat auf. Dabei betrug die Wachstumstemperatur 590°C und die Molantei le von Zn und Te im geschmolzenem In betrugen 4 × 10^-6 bzw. 9,8 × 10^-4.

Die nachfolgenden Herstellungsschritte, d. h. das Verfahren von der Ausbildung der Ohm'schen Kontaktelektrode bis zur Ausbil dung der Antireflexions-Beschichtung aus Ta₂O₅ auf dem p⁺-lei tenden Substrat und der n⁺-leitenden Schicht entsprachen den jenigen gemäß Beispiel 1.

Beim Messen des photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrades der auf diese Weise hergestellten Solarzelle unter Verwendung eines AM 0-Sonnensimulators als Lichtquelle wurde ein Wirkungsgrad von 16,5% ermittelt. Zur Ermittlung der Bestän digkeit gegen Strahlung wurde die hergestellte Sonnenzelle mit 1 MeV-Elektronen bestrahlt. Selbst nach der Bestrahlung mit 1 MeV-Elektronen bei einem Fluß von 1 × 10¹⁵ cm^-2 be trug der Umwandlungswirkungsgrad 16,0%. Es wurde die über legene Strahlungsbeständigkeit der erfindungsgemäßen Solar zelle bestätigt.

Beispiel 3 (n ⁺-p-p⁺-Struktur auf Si-Substrat ge mäß Fig. 7A)

Zur Herstellung einer InP-Solarzelle mit einer n⁺-p-p⁺-Struk tur auf einem Si-Substrat wurde ein MOCVD-Verfahren ange wandt.

Als Si-Substrat wurde ein (100)-orientierter und B-dotierter p-leitender Si-Kristall mit einem Widerstand von 1 × 10^-2 Ω cm verwendet. Die Oberfläche des Si-Substrates wurde mittels chemischen Polierens bearbeitet. Zur Verhinderung der Ausbildung eines natürlichen Oxidfilmes wur de das Si-Substrat bis unmittelbar vor Einführen des Sub strats in den MOVCD-Reaktor in einer Fluorwasserstoffsäure- Lösung gelagert.

Unter Verwendung des MOCVD-Systems mit horizontalem Reaktor wuchsen nacheinander eine p-leitende GaP-Schicht, eine p-leitende Ga_xIn₁ _-xP-Schicht, eine p-leitende InP-Schicht und eine n⁺-leitende InP-Schicht auf dem Si-Substrat bei einem Druck von etwa 0,1 bar auf. Die p-lei tende GaP-Schicht mit einer Dicke von 0,5 µm und einer La dungsträgerkonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 wurde bei einer Wachs tumstemperatur von 700°C mit Triäthyl-Gallium (TEG) und Phosphin (PH₃) als Rohmaterialien und Diäthyl-Zink (DEZ) als Dotiergas aufgebracht. Dann wurde gleichzeitig mit der Re duzierung im TEG-Strom Triäthyl-Indium (TEI) zugesetzt zur Aus bildung der p-leitenden Ga_xIn₁ _-xP-Schicht, wobei x sich schrittweise in Schritten von 0,1 bis 0 ändert und die Schicht eine Ladungsträgerkonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 aufweist; die Dicke bei jedem Schritt beträgt 0,2 µm und die Dicke der gesamten Schicht 2 µm. Gleichzeitig wurde die Wachstumstemperatur von 700°C auf 600°C geändert mit Redu zierungen bei jedem Schritt. Danach wurde mit TEI und PH₃ als Rohmaterialgasen und DEZ als Dotiergas eine p-leitende InP-Schicht mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 10¹⁶ cm^-3 und 3 µm Dicke ausgebildet. Das Dotiergas wur de dann von DEZ in Schwefelwasserstoff (H₂S) geändert zur Ausbildung der n⁺-leitenden InP-Schicht mit einer Ladungs trägerkonzentration von 2 × 10¹⁸ cm^-3 und 0,3 µm Dicke.

Auf der Rückseite des Si-Substrates wurde durch Vakuum-Nie derschlagung eine Al-Film mit 200 nm Dicke ausge bildet. Das Si-Substrat wurde einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffgasströmung bei 450°C für 10 Minuten unter zogen, so daß auf dem Si-Substrat Ohm'sche Kontaktelektroden ausgebildet wurden. Auf der n⁺-leitenden InP-Schicht wurde mit den gleichen Verfahrensschritten wie in Beispiel 1 ein gitterförmiges Ohm'sches Kontaktmuster aus Au-Sn ausge bildet. Das Entfernen der äußeren Bereiche des Substrates durch Abspalten, das Montieren der Vorrichtung auf einer Aluminiumoxid-Platte und die Ausbildung der Antireflexions- Beschichtung aus Ta₂O₅ wurden ebenfalls in der gleichen Wei se wie bei Beispiel 1 durchgeführt.

Beim Messen des Umwandlungswirkungsgrades der auf diese Wei se hergestellten Solarzellen wurde bei simulierter AM0-Be strahlung ein ursprünglicher Umwandlungswirkungsgrad von 16,5% und nach Bestrahlung mit 1 MeV-Elektronen und einer Fluenz von 1 × 10¹⁵ cm^-2 ein Umwandlungswir kungsgrad von 16,0% ermittelt.

Beispiel 4 (n⁺-p-p⁺-Struktur auf einem Si-Substrat gemäß Fig. 7D)

Von der Oberfläche eines (100)-orientierten p-leitenden Si- Einkristallsubstrates mit einem Widerstand von 10^-2 Ω · cm wurde der natürliche Oxidfilm entfernt. Unter Verwendung von Triäthyl-Gallium und Phosphin als Rohmaterialien und Diäthyl- Zink als Dotiergas wurde die p-leitende GaP-Schicht mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 und einer Dicke von 0,5 µm auf dem Si-Substrat ausgebildet. Den Rohmateria lien wurde Triäthyl-Indium zugesetzt, wobei die Strömungsra ten jedes Gases kontrolliert wurden, so daß auf der p-leiten den GaP-Schicht die p-leitende Ga_xIn₁ _-xP-Schicht mit einer Dicke von 3 µm ausgebildet wurde, deren Zusammensetzungsver hältnis x sich allmählich von 1 bis 0 änderte.

Dann wurde die Zufuhr des Triäthyl-Gallium unterbrochen, so daß auf der Ga_xIn₁ _-xP-Schicht eine p-leitende InP-Schicht mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 10¹⁶ cm^-3 und einer Dicke von 3 µm ausgebildet wurde. Danach wurde anstelle von Diäthyl-Zink Schwefelwasserstoff als Dotiergas zugeführt und die n-leitende InP-Schicht mit einer Ladungsträgerkon zentration von 2 × 10¹⁸ cm^-3 und einer Dicke von 0,3 µm aus gebildet. Die Ohm'sche Kontaktelektrode aus Au-Ge mit einem Gittermuster und die Ohm'sche Kontaktelektrode aus Al wurden durch Vakuum-Niederschlagung ausgebildet. Danach wurde auf der n-leitenden InP-Schicht und der gemusterten Elektrode durch Plasma-CVD-Verfahren die Antireflexions-Beschichtung aus Si₃N₄ mit einer Dicke von 50 nm ausgebildet.

Diese InP-Solarzelle wies einen Umwandlungswirkungsgrad von 16,5% unter simulierter AM0-Bestrahlung auf. Dieser Wert von 16,5% ist größer als der Wirkungsgrad im Falle der Solar zelle mit dem InP-Einkristallsubstrat.

Beispiel 5 (n⁺-p-p⁺-Struktur auf einem Si-Substrat gemäß Fig. 7E)

Nach Ausbildung der p-leitenden GaP-Schicht in derselben Wei se wie in Beispiel 4 wurde die InP/GaP-Überstrukturschicht ausgebildet. Während Phosphin kontinuierlich zugeführt wurde, wurden Triäthyl-Indium (TEI) und Triäthyl-Gallium (TEG) ab wechselnd jeweils 10 Sekunden lang zugeführt, so daß 50 InP Schichten mit einer Dicke von jeweils 10 nm und 50 GaP-Schichten mit einer Dicke von jeweils 15 nm abwechselnd aufeinandergeschichtet wurden. Die gesamte Dicke der Überstrukturschicht betrug 1,25 µm. Ferner wurde Zn der art zur Überstrukturschicht dotiert, daß deren Ladungsträger konzentration 1 × 10¹⁸ cm^-3 betrug.

Die auf diese Weise hergestellte InP-Solarzelle wies einen hohen Umwandlungswirkungsgrad von mindestens 16,5% unter simulierter AM0-Bestrahlung auf.

Beispiel 6a (p⁺-n-Struktur gemäß Fig. 8)

Eine InP-Solarzelle mit p⁺-n-Struktur wurde mittels eines Zn-Diffusionsverfahrens hergestellt.

Ein (100)-orientierter und undotierter InP-Kristall mit einer Ladungsträgerkonzentration von 5 × 10¹⁵ cm^-3 wurde als n-leitendes InP-Substrat hergestellt. Die Oberflächenbe arbeitung des n-leitenden InP-Substrates war die gleiche wie diejenige des p-leitenden Substrates in Beispiel 1.

Fünf n-leitende InP-Substrate wurden zusammen mit 5 mg rotem Phosphor und 10 mg Zinkphosphid in einer auf einen Druck von etwa 1 × 10^-6 mbar evakuierten Quarzampulle mit einem Innen druck von etwa 0,1 bar vakuumversiegelt. Die Quarzampulle wurde in einen elektrischen Ofen bei 550°C eingeführt und 30 Minuten lang einer Wärmebehandlung unterzogen. Durch diese Wärmebe handlung diffundierte das Zn in das n-leitende InP-Substrat und bildete eine p⁺-leitende InP-Schicht von 1,0 µm Dicke und einer Ladungsträgerkonzentration von 2 × 10¹⁸ cm^-3 auf der Oberfläche des n-leitenden InP-Substrates aus. Da der Diffusionskoeffizient von Zn in InP normalerweise groß ist, beträgt die Diffusionslänge unter diesen Umständen etwa 3 µm. Es wurde aber überschüssiger Phosphor in die Ampulle eingebracht, so daß der Phosphordruck in der Ampulle anstieg und die Diffusion von Zn unterdrückte; infolgedessen wurde eine dünne p⁺-leitende InP-Schicht von 3,0 µm Dicke ausgebildet. Auch auf der Rückseite des n-leitenden InP- Substrates wurde eine p⁺-leitende InP-Schicht ausgebildet. Um diese rückwärtige p⁺-leitende InP-Schicht zu entfernen, wurde die Rückseite bis zu einer Tiefe von 5 bis 10 µm in einer 1%igen Brom-Methanol-Lösung abgeätzt, während die Vorderseite mit Wachs geschützt wurde.

Danach wurde ein Au-Sn (10 Gewichtsprozent)-Film mit 200 nm Dicke auf der Rückseite des n-leitenden InP-Substra tes durch Vakuum-Deposition ausgebildet. Dieses Substrat wur de einer Wärmebehandlung in mit 500 ml/min strömender Stick stoffgasatmosphäre bei 400°C für 5 Minuten unterzogen, so daß auf dem n-leitenden InP-Substrat Ohm'sche Kontaktelektroden ausgebildet wurden. Die Ohm'schen Kontaktelektroden wurden auf die Oberfläche der p⁺-leitenden InP-Schicht in der nach stehenden Weise aufgebracht. Auf der Oberfläche der p⁺-lei tenden InP-Schicht wurde unter Verwendung eines Photolacks ein Gittermuster mit einer Breite von 50 µm und Gitterabständen von 500 µm ausgebildet. Auf dem Resist wurde durch Vakuum-Deposition ein Au-Zn (7 Gewichtsprozent)- Film mit einer Dicke von 200 nm ausgebildet, und danach wurden die gitterförmigen Au-Zn-Kontaktelektroden durch Abhebemethoden ausgebildet. Hierbei wurden Ohm'sche Kontakte zwischen dem Au-Zn-Film und der p⁺-leitenden InP- Oberfläche ausgebildet, und es war deshalb keine Wärmebehand lung erforderlich.

Die Solarzelle wurde auf die gleiche Weise wie gemäß Bei spiel 1 vervollständigt, und ihr Umwandlungswirkungsgrad und ihre Strahlungsbeständigkeit wurden danach ermittelt. Die Er gebnisse zeigen einen ursprünglichen Wirkungsgrad unter AM 0- Bedingungen von 16,3% und nach einer Bestrahlung mit 1 MeV- Elektronen mit einer Fluenz von 1 × 10¹⁵ cm^-2 eine Ausgangs leistung von 97,5% der ursprünglichen Leistung.

Beispiel 6b (p⁺-n-Struktur gemäß Fig. 8)

Eine 0,5 µm dicke p-leitende InP-Schicht mit 1 × 10¹⁸ cm^-3 Zn als Verunreinigung wurde auf der Oberfläche eines (100)- orientierten n-leitenden InP-Einkristallsubstrates ausge bildet, das 2 × 10¹⁶ cm^-3 Si als Verunreinigung enthielt. Wegen der überlegenen Kontrolle der Filmdicke wurde ein MOCVD-Verfahren verwendet. Die p-leitende Schicht wuchs auf dem Substrat unter Verwendung von Triäthyl-Indium (C₂H₅)₃In und Phosphin als Rohmaterialien und Diäthyl-Zink (C₂H₅)₂Zn als Dotierungsmittel. Danach wurde die gitterförmige Kontakt elektrode aus etwa 200 nm dickem Au-Zn (5%) und die 200 nm dicke Au-Sn (10%) Rückseiten-Elektrode durch Vakuum-Deposition ausgebildet. Diese wurden 5 Minuten lang einer Wärmebehandlung in Stickstoffgasatmosphäre bei 450°C unterzogen, so daß sie Ohm'sche Kontakte aufwiesen. Die gitterförmige Kontaktelektrode war 50 µm breit und hatte einen Gitterabstand von 500 µm. Die Elektrodenmuster wurden durch Abhebeverfahren unter Verwendung eines Photolacks ausgebildet. Schließlich wuchs eine 70 nm dicke Ta₂O₅ Antireflexions-Beschichtung durch Vakuum-Deposition auf, und danach wurde die Solarzelle mit der Struktur gemäß Fig. 8 fertiggestellt.

Die mit dem vorstehend erläuterten Verfahren hergestellte InP-Solarzelle mit einer Lichteinfallsfläche von 1 cm² wurde unter simulierter AM0-Beleuchtung geprüft und ein Umwandlungswirkunsgrad von 17% ermittelt. Die einer 25prozentigen Verringerung der ursprünglichen Ausgangsleistung äquivalente Bestrahlungsfluenz mit 1 MeV-Elektronen betrug 1 × 10¹⁷ cm^-2, was bei einer Umrechnung in die Lebensdauer der Zelle einer Lebensdauer von etwa 1000 Jahren entspricht.

Beispiel 7a (p⁺-n-n⁺-Struktur gemäß Fig. 9)

Auf der Oberfläche eines mit Sn dotierten n-leitenden InP- Einkristallsubstrates mit einer Ladungsträgerkonzentration 2 × 10¹⁸ cm^-3 wurde zunächst eine mit S dotierte n-leitende InP-Schicht mit einer Ladungsträgerkonzentration von 5 × 10¹⁵ cm^-3 und 5 µm Dicke und danach eine mit Zn dotierte p-leitende InP-Schicht mit einer Ladungsträgerkonzentration von 2 × 10¹⁸ cm^-3 und 0,3 mm Dicke durch Epitaxie auf gebracht. Das bei diesem Beispiel verwendete Epitaxiewachstums verfahren entspricht dem in Beispiel 6b verwendeten MOCVD- Verfahren. Außer dem üblichen Flüssigphasenepitaxie-Verfahren oder dem Dampfniederschlagverfahren unter Verwendung von Ha logen-Verbindungen kann als Epitaxie-Verfahren auch Molekularstrahlepitaxie verwendet werden. Die p-leitende InP- Schicht kann auch durch thermische Diffusion von Akzeptor- Verunreinigungen, wie Zn, ausgebildet werden. Im vorliegenden Beispiel waren die Form und das Herstellungsverfahren der vorderen und hinteren Oberflächenelektroden und der Anti reflexions-Beschichtung die gleichen wie in Beispiel 6b. Die auf diese Weise hergestellte und in Fig. 9 gezeigte Solar zelle wies unter simulierter AM0-Bestrahlung einen Umwand lungswirkungsgrad von 17,5% auf. Die einer 25prozentigen Verringerung der ursprünglichen Ausgangsleistung äquivalente Bestrahlungsfluenz mit 1 MeV-Elektronen betrug 5 × 10¹⁶ cm^-2, was umgerechnet in die Lebensdauer unter Weltraumbedingungen einer Lebensdauer von etwa 500 Jahren entspricht.

Da InP eine geringere Oberflächen-Rekombinationsgeschwindig keit als GaAs aufweist, kann die Fensterschicht, die zur Ver besserung des Wirkungsgrades in GaAs-Solarzellen unumgäng lich ist, weggelassen werden. Auch wenn keine derartige Fen sterschicht vorgesehen war, wies die Solarzelle mit der ein fachen Struktur gemäß Fig. 8 oder 9 einen Umwandlungswir kungsgrad auf, der nicht schlechter war als der übliche Wir kungsgrad von 16 bis 18% von GaAs-Solarzellen.

Beispiel 7b (p⁺-n-n⁺-Struktur gemäß Fig. 9)

Eine InP-Solarzelle mit einer p⁺-n-n⁺-Struktur gemäß Fig. 9 wurde durch MOCVD-Verfahren hergestellt. Als n-leitendes InP- Substrat wurde ein (100)-orientierter und mit Sn dotieter InP-Kristall mit einer Ladungsträgerkonzentration von 3 × 10¹⁸ cm^-3 hergestellt. Die Oberflächenbearbeitung des n⁺-leitenden InP-Substrates war die gleiche wie für das Substrat in Beispiel 1.

Das MOCVD-Wachstum der n-leitenden Schicht und der p⁺-lei tenden Schicht auf der Oberfläche des n⁺-leitenden Substra tes wurde folgendermaßen durchgeführt: Als In-Quelle wurde Triäthyl-Indium (TEI) und als P-Quelle wurde Phosphin (PH₃) verwendet. Die gewählten Bedingungen waren folgender maßen: Wachstumstemperatur etwa 580°C, Molverhältnis P/In etwa 130 und gesamter H₂-Strom 3,6 l/min. Der Reaktor war horizontal angeordnet und langgestreckt und der innere Re aktordruck während des Wachstums betrug etwa 0,1 bar. Die InP-Wachtumsrate betrug 1,2 µm/h. Zu nächst wuchs auf dem n⁺-leitenden Substrat eine 4 µm dicke, nicht dotierte InP-Schicht auf. Die nicht-dotierte Schicht wurde als n-leitende Schicht verwendet, da die nicht dotierte Schicht n-leitend ist und ihre Ladungsträgerkonzentration 5 × 10¹⁵ cm^-3 beträgt. Danach wuchs auf der n-leitenden Schicht unter Verwendung von Diäthyl-Zink (DEZ) als Dotiergas die p⁺-leitende Schicht mit einer Dicke von 0,8 µm auf.

Die Ladungsträgerkonzentration der p⁺-leitenden Schicht be trug 3 × 10¹⁸ cm^-3.

Auf dem n⁺-leitenden Substrat und auf der p⁺-leitenden Schicht wuchsen durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 6a Ohm'sche Kontaktelektroden auf. Nach dem Entfernen der äußeren Teile des Substrates durch Abspalten wurde das Substrat auf eine Aluminiumoxid-Platte montiert, die Verbindungsdrähte wurden an den Elektroden befestigt und der Antireflexionsfilom aus Ta₂O₅ wurde ausgebildet, um die Solarzelle zu vervollständi gen.

Der Umwandlungswirkungsgrad der auf diese Weise hergestellten InP-Solarzellen wurde unter simulierten AM 0-Bestrahlungsbe dingungen gemessen. Es ergab sich ein Wert von 17%. Die Solarzellen wurden dann mit 1 MeV-Elektronen mit einer Fluenz von 1 × 10¹⁶ cm^-2 bestrahlt. Der Rückgang des Umwandlungs wirkungsgrades vom Ausgangswert betrug nur 5%, und es be stätigte sich, daß die erfindungsgemäßen Solarzellen ausge zeichnete Bestrahlungsbeständigkeit aufweisen.

Beispiel 8 (p⁺-n-Struktur gemäß Fig. 10)

Nach dem Ausbilden der gitterförmigen Kontaktelektroden auf der p-leitenden InP-Schicht in derselben Weise wie in Bei spiel 6b beschrieben, wuchs auf der p-leitenden InP-Schicht die p-leitende Al_0,47In_0,53As-Fensterschicht mit einer La dungsträgerkonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 und 0,2 µm Dicke durch Vakuum-Deposition auf. Danach wurde auf der Fenster schicht die Antireflexions-Beschichtung in der gleichen Wei se wie in Beispiel 6b niedergeschlagen. Die InP-Solarzelle gemäß dem vorliegenden Beispiel zeigte einen Umwandlungswir kungsgrad von 17% unter simulierter AM0-Beleuchtung. Die einer 25prozentigen Verringerung der ursprünglichen Aus gangsleistung entsprechende Bestrahlungsfluenz mit 1 MeV- Elektronen betrug 1 × 10¹⁷ cm^-2, was in Lebensdauer umge rechnet eine Lebensdauer unter Weltraumbedingungen von etwa 1000 Jahren ergibt.

Beispiel 9 (p⁺-n-n⁺-Struktur gemäß Fig. 11)

Nach dem Ausbilden der gitterförmigen Kontaktelektroden auf der p-leitenden InP-Schicht in derselben Weise wie in Bei spiel 7a beschrieben, wächst auf der p-leitenden InP-Schicht die p-leitende Al_0,47In_0,53As-Fensterschicht mit einer La dungsträgerkonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 und einer Dicke von 0,2 µm durch Vakuum-Deposition auf. Danach wird auf der Fensterschicht in der gleichen Weise wie in Beispiel 7b die Antireflexions-Beschichtung aufgebracht. Die InP-Solarzelle im vorliegenden Beispiel weist einen Umwandlungswirkungs grad von 17,5% unter simulierter AM0-Beleuchtung auf. Die einer 25prozentigen Verringerung der ursprünglichen Aus gangsleistung äquivalente Bestrahlungsfluenz mit 1 MeV- Elektronen betrug 5 × 10¹⁶ cm^-2, was umgerechnet einer Le bensdauer der Solarzelle unter Weltraumbedingungen von etwa 500 Jahren entspricht.

Fig. 15 zeigt den Vergleich der Verschlechterung des Um wandlungswirkungsgrads durch Bestrahlung zwischen der aus Appl. Physics Letters, Bd. 37, 1980, S. 400 bis 402, bekannten InP-Solarzelle mit Homoüber gang (Kurve I), einer erfindungsgemäßen InP-Solarzelle (Kurve II), einer bekannten GaAs-Solar zelle (Kurve III) und einer Si-Solarzelle (Kurve IV).

Claims

1. InP-Solarzelle mit einem InP-Homoübergang, gekennzeichnet durch

a) ein p-leitendes InP-Einkristallsubstrat (1) mit einer Ladungsträgerkonzentration von 2 × 10¹⁶ bis 2 × 10¹⁸ cm^-3, und
b) eine auf dem Substrat (1) angeordnete n-leitende InP- Schicht (2) mit einer Dicke von 0,05 bis 1 µm, die als Dotierungsmittel S, Se und/oder Te und/oder ein anderes Element der Gruppe VIb aufweist.

2. InP-Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die n-leitende InP-Schicht (2) eine Ladungs trägerkonzentration von 5 × 10¹⁷ bis 1 × 10¹⁹ cm^-3 auf weist.

3. InP-Solarzelle mit einem InP-Homoübergang mit einem p-leitenden Einkristallsubstrat (11; 21), einer auf dem Substrat (11; 21 ) durch Epitascialwachstum ausgebildeten p-leitenden InP-Schicht (16; 26) und einer auf der p-leitenden InP-Schicht (16; 26) ausgebildeten n-leiten den InP-Schicht (2) mit einer Dicke von 0,05 bis 1 µm, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die p-leitende InP-Schicht (16; 26) eine Ladungsträ gerkonzentration von 2 × 10¹⁶ bis 2 × 10¹⁸ cm^-3 aufwei st und
b) daß die n-leitende InP-Schicht (2 ) durch Dotieren mit S, Se und/oder Te und/oder einem anderen Element der Gruppe (VIb) als Dotierungsmittel ausgebildet ist.

4. InP-Solarzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die n-leitende InP-Schicht (2) eine Ladungsträger konzentration von 5 × 10¹⁷ bis 1 × 10¹⁹ cm^-3 aufweist.

5. InP-Solarzelle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das p-leitende Einkristallsubstrat (11) aus InP besteht.

6. InP-Solarzelle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das p-leitende Einkristallsubstrat (21) Silicium aufweist.

7. InP-Solarzelle mit einem InP-Homoübergang, gekennzeich net durch

a) ein n-leitendes InP-Einkristallsubstrat (31) mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 10¹⁵ bis 1 × 10¹⁸ cm^-3 und
b) eine auf dem Substrat (31) ausgebildete p-leitende InP-Schicht (32) mit einer Dicke von 0,1 bis 2 µm.

8. InP-Solarzelle nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine auf der p-leitenden InP-Schicht (32) ausgebildete Fensterschicht (8).

9. InP-Solarzelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fensterschicht (8) (Al_xGa₁ _-x)_0,47In_0,53As mit 0<x≦1 aufweist.

10. InP-Solarzelle mit einem InP-Homoübergang, gekennzeich net durch

a) ein n-leitendes Einkristallsubstrat (41),
b) eine auf dem Substrat (41) epitaxial aufgewachsene n-leitende InP-Schicht (46) mit einer Ladungsträgerkon zentration von 2 × 10¹⁴ bis 1 × 10¹⁸ cm^-3 und
c) eine auf der n-leitenden InP-Schicht (46) ausgebilde te p-leitende InP-Schicht (32) mit einer Dicke von 0,1 bis 2 µm.

11. Inp-Solarzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das n-leitende Einkristallsubstrat (41) aus InP be steht.

12. InP-Solarzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß das n-leitende Einkristallsubstrat Silicium aufweist.

13. InP-Solarzelle nach einem der Ansprüche 10 bis 12, ge kennzeichnet durch eine auf der p-leitenden InP-Schicht (32) ausgebildete Fensterschicht (8).

14. InP-Solarzelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fensterschicht (8) (Al_xGa₁ _-x)_0,47In_0,53As mit 0<x≦1 aufweist.

15. InP-Solarzelle mit einem InP-Homoübergang, gekennzeich net durch

a) ein Si-Einkristallsubstrat (21),
b) eine erste und eine zweite InP-Schicht (26, 2), die einen parallel zur Oberfläche des Substrates angeordne ten p-n-Übergang ausbilden, und
c) eine zwischen dem Substrat (21) und der ersten InP- Schicht (26) angeordnete Ga_xIn₁ _-xp-Schicht (50, 57; 50, 67) mit 0≦x≦1, wobei die Ga_xIn₁ _-xp-Schicht eine GaP-Schicht (50) oder eine Ga_xIn₁ _-xp- Schicht mit hohem Ga-Anteil auf der Seite des Substra tes (21) und eine InP-Schicht oder eine Ga_xIn₁ _-xP-Schicht (57) mit hohem In-Anteil auf der Seite der ersten InP-Schicht (26) aufweist.

16. InP-Solarzelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammensetzungsverhältnis x der Ga_xIn₁ _-xP- Schicht (57) von der Seite des Substrates (21) zur Sei te der ersten InP-Schicht (26) allmählich abnimmt.

17. InP-Solarzelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ga_xIn₁ _-xP-Schicht eine InP/GaP-Überstruktur schicht (67) mit abwechselnd aufeinander geschichteten InP-Schichten und GaP-Schichten ist, wobei die dem Substrat (21) benachbarte Schicht eine GaP-Schicht und die der ersten InP-Schicht (26) benachbarte Schicht eine InP-Schicht ist.

18. InP-Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 15 bis 17, gekennzeichnet durch eine auf der n-leiten den InP-Schicht (2) angeordnete Gitterelektrode (3).

19. InP-Solarzelle nach einem der Ansprüche 7 bis 12, ge kennzeichnet durch eine auf der p-leitenden InP-Schicht (32) angeordnete Gitterelektrode (3).

20. InP-Solarzelle nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeich net durch eine auf der Fensterschicht (8) angeordnete Gitterelektrode (3).

21. InP-Solarzelle nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine auf der n-leitenden InP-Schicht (2) und der Git terelektrode (3) angeordnete Antireflexions-Beschich tung (4).

22. InP-Solarzelle nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine auf der p-leitenden InP-Schicht (32) und der Git terelektrode (3) ausgebildete Antireflexions-Beschich tung (4).

23. InP-Solarzelle nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine auf der Fensterschicht (8) und der Gitterelektro de (3) angeordnete Antireflexions-Beschichtung (4).

24. InP-Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 23, ge kennzeichnet durch eine auf der Rückseite des Substra tes (1; 11; 21; 31; 41) angeordnete Rückseitenelektro de (5).