本發(fā)明涉及一種可調(diào)(skalierbar)電壓源。

背景技術(shù)：

由us4127862、us6239354b1、de102010001420a1、由naderm.kalkhoran等人所著的《cobaltdisilicideintercellohmiccontactsformultijunctionphotovoltaicenergyconverters》，應(yīng)用物理學(xué)快報(bào)(appl.phys.lett.)64，1980(1994)以及由a.bett等人所著的《iii-vsolarcellsundermonochromaticillumination》，2008年第33屆ieee光電專家會(huì)議(pvsc'08，33rdieee)論文集，第1-5頁，isbn：978-1-4244-1640-0已知可調(diào)電壓源或由iii-v族材料構(gòu)成的太陽能電池。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在此背景下，本發(fā)明的任務(wù)在于，說明一種裝置，所述裝置對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。

所述任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的可調(diào)電壓源來解決。本發(fā)明的有利的構(gòu)型是從屬權(quán)利要求的主題。

根據(jù)本發(fā)明的主題提出可調(diào)電壓源，所述可調(diào)電壓源具有：數(shù)量為n的相互串聯(lián)連接的部分電壓源，所述部分電壓源構(gòu)造為半導(dǎo)體二極管，其中，所述部分電壓源中的每一個(gè)具有一個(gè)半導(dǎo)體二極管，所述半導(dǎo)體二極管具有p-n結(jié)，并且所述半導(dǎo)體二極管具有p摻雜的吸收層，其中，p吸收層被p摻雜的鈍化層鈍化，所述p摻雜的鈍化層具有比所述p吸收層的帶隙更大的帶隙，并且所述半導(dǎo)體二極管具有n吸收層，其中，所述n吸收層被n摻雜的鈍化層鈍化，所述n摻雜的鈍化層具有比所述n吸收層的帶隙更大的帶隙，并且各個(gè)部分電壓源的部分電源電壓相互間具有小于20％的偏差，并且在每?jī)蓚€(gè)彼此相繼的部分電壓源之間構(gòu)造有一個(gè)隧道二極管，其中，所述隧道二極管具有多個(gè)半導(dǎo)體層，所述多個(gè)半導(dǎo)體層具有比所述p/n吸收層的帶隙更高的帶隙，并且具有更高帶隙的半導(dǎo)體層分別由具有經(jīng)改變的化學(xué)計(jì)量的材料和/或不同于所述半導(dǎo)體二極管的所述p/n吸收層的元素成分的材料制成，所述部分電壓源和所述隧道二極管單片地集成在一起并且共同構(gòu)成具有上側(cè)和下側(cè)的第一堆疊(stapel)，并且所述部分電壓源的數(shù)量n大于等于2，并且光在所述上側(cè)處射到所述第一堆疊上，并且在堆疊上側(cè)處的照射面的尺寸基本上相應(yīng)于所述第一堆疊在所述上側(cè)處的面的尺寸，并且所述第一堆疊具有小于12μm的總厚度，并且在300k的情況下，如果以光子流照射所述第一堆疊，則所述第一堆疊具有大于2.2伏特的電源電壓，其中，在從所述第一堆疊的上側(cè)向所述堆疊的下側(cè)的光入射方向上，所述半導(dǎo)體二極管的p吸收層和n吸收層的總厚度從最上面的二極管朝最下面的二極管增加并且在所述第一堆疊的所述下側(cè)附近構(gòu)造有環(huán)繞的臺(tái)階并且所述臺(tái)階的高度大于100nm。

應(yīng)注意，主要與堆疊上側(cè)處的照射面與第一堆疊在上側(cè)處的面的尺寸的比較有關(guān)的表述被理解為：所述面中的區(qū)別尤其小于20％或優(yōu)選小于10％或優(yōu)選小于5％或最優(yōu)選所述兩個(gè)面相等。

應(yīng)注意，所述表述——用于照射堆疊上側(cè)的“光”——被理解為如下的光：所述“光”具有在吸收層的吸收范圍中的波長(zhǎng)上的光譜?？梢岳斫?，單色光也是合適的，所述單色光具有確定的吸收波長(zhǎng)、也就是說在吸收層的吸收范圍中的波長(zhǎng)。

可以理解，優(yōu)選以確定波長(zhǎng)的光照射所述第一堆疊的整個(gè)上側(cè)，即整個(gè)表面或幾乎整個(gè)表面。應(yīng)注意，深入的研究以出人意料的方式表明：與現(xiàn)有技術(shù)不同地，借助當(dāng)前的單片堆疊方案以有利的方式得到了2.2v以上的電源電壓。應(yīng)注意，以下將術(shù)語“二極管”和“半導(dǎo)體二極管”作為同義詞使用。

根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于：通過多個(gè)部分電壓源的串聯(lián)連接也能夠制造具有3伏以上或更大的電壓值的電壓源，借助單片集成結(jié)構(gòu)能夠制造簡(jiǎn)單的且成本上有利的及可靠的電壓源。另一優(yōu)點(diǎn)是：借助堆疊形式的布置與迄今硅二極管的橫向布置相比實(shí)現(xiàn)了較大的面積節(jié)省。尤其由發(fā)射二極管或光源僅僅必須照射所述堆疊的小得多的接收面。

在一種擴(kuò)展方案中，各個(gè)部分電壓源的部分電源電壓相互間偏差小于10％。由此，顯著改進(jìn)了作為可調(diào)電壓源、尤其作為參考電壓源的可應(yīng)用性?？梢岳斫?，術(shù)語“可調(diào)”涉及整個(gè)堆疊的電源電壓的高度。

在另一種擴(kuò)展方案中，所述半導(dǎo)體二極管分別具有相同的半導(dǎo)體材料，其中，在此，所述二極管的半導(dǎo)體材料具有相同的結(jié)晶組成，并且化學(xué)計(jì)量?jī)?yōu)選幾乎相等或優(yōu)選精確相等。也有利的是，將所述第一堆疊布置在襯底上。在一種實(shí)施方式中，所述半導(dǎo)體材料和/或所述襯底由iii-v族材料制成。尤其優(yōu)選的是，所述襯底包括鍺或砷化鎵，和/或，所述襯底上的半導(dǎo)體層具有砷和/或磷。換句話說，所述半導(dǎo)體層包括含砷的層和含磷的層，即由gaas或algaas或ingaas組成的層作為砷化物層的示例以及ingap作為磷化物層的示例。

優(yōu)選的是，在所述第一堆疊的下側(cè)上構(gòu)造第二電壓連接端，尤其是，所述第二電壓連接端穿過襯底地構(gòu)造。

在另一種實(shí)施方式中，所述半導(dǎo)體二極管由與所述襯底相同的材料制成。優(yōu)點(diǎn)是，尤其這兩部分的膨脹系數(shù)相同。有利的是，所述半導(dǎo)體二極管基本上由iii-v族材料制成。尤其優(yōu)選使用gaas。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述第一堆疊的上側(cè)上構(gòu)造有第一電壓連接端作為邊緣附近的環(huán)繞的金屬接觸部或作為邊緣處的單個(gè)接觸面。

此外優(yōu)選的是，所述第一堆疊具有小于2mm²或小于1mm²的基面。研究已表明：有利的是，所述基面以四邊形構(gòu)造。優(yōu)選所述堆疊的基面以正方形構(gòu)造。

進(jìn)一步的研究已表明，為了實(shí)現(xiàn)特別高的電壓，有利的是，構(gòu)造第二堆疊并且將所述兩個(gè)堆疊相互串聯(lián)連接，從而所述第一堆疊的電源電壓和所述第二堆疊的電源電壓相加。優(yōu)選地，所述第一堆疊與所述第二堆疊并排布置在共同的載體上。

在一種擴(kuò)展方案中，所述第一堆疊的電源電壓與所述第二堆疊的電源電壓偏差小于15％。

此外優(yōu)選的是，在堆疊的最下面的半導(dǎo)體二極管的下面構(gòu)造有半導(dǎo)體鏡。研究已表明：能夠?qū)⒍鄠€(gè)堆疊并排構(gòu)造在一個(gè)半導(dǎo)體晶片或半導(dǎo)體襯底片上，其方式是，在全面積地、優(yōu)選外延地制造所述層之后，實(shí)施所謂的臺(tái)面蝕刻為此，借助掩膜工藝產(chǎn)生漆掩膜，然后優(yōu)選實(shí)施濕化學(xué)蝕刻以產(chǎn)生臺(tái)面溝槽。所述臺(tái)面蝕刻優(yōu)選終止在襯底中或終止在襯底上。

在一種擴(kuò)展方案中優(yōu)選的是，每個(gè)堆疊在下側(cè)附近具有環(huán)繞的、凸臺(tái)形的邊緣，其中，在兩個(gè)堆疊直接相鄰的情況下在堆疊結(jié)構(gòu)的外側(cè)上構(gòu)成環(huán)繞的邊緣作為共同的環(huán)繞邊緣，從而所述電壓源具有環(huán)繞的邊緣。

所述邊緣優(yōu)選是臺(tái)階形的或構(gòu)造為臺(tái)階。在此，所述邊緣的或所述臺(tái)階的表面優(yōu)選最大部分地具有平坦的面，其中，所述邊緣的或所述臺(tái)階的表面的法線與第一堆疊的表面的法線或與相應(yīng)堆疊的表面的法線平行地或幾乎平行地構(gòu)造。應(yīng)注意的是，所述邊緣的或所述臺(tái)階的側(cè)面主要或精確地垂直于所述邊緣的或所述臺(tái)階的表面地構(gòu)造。所述臺(tái)階的高度大于100nm，也就是說，所述環(huán)繞的側(cè)面具有大于100nm的高度，以便達(dá)到足夠的機(jī)械穩(wěn)定。所述臺(tái)階尤其具有小于1000μm的高度。

所述邊緣的或所述臺(tái)階的棱邊分別距離第一堆疊的四個(gè)側(cè)面的中的每一個(gè)或分別距離所述多個(gè)堆疊的側(cè)面至少5μm且最大500μm。優(yōu)選地，所述棱邊分別至所述直接鄰接的側(cè)面的距離范圍在10μm至300μm之間。所述距離范圍尤其在50μm至250μm之間。

優(yōu)選地，第一堆疊的側(cè)面和所述堆疊的尤其所有側(cè)面平坦地且尤其垂直或幾乎垂直地構(gòu)造。這些側(cè)面上的法線與鄰接的邊緣面的法線相比或與堆疊表面的法線相比在80°至100°的角度范圍中，也就是說，一個(gè)側(cè)面的法線與直接鄰接的邊緣面的法線基本上互相正交。所述角度范圍優(yōu)選地處于85°至105°之間。

在一種擴(kuò)展方案中，在至少一個(gè)半導(dǎo)體二極管中的p吸收層與n吸收層之間構(gòu)造有本征層。在一種實(shí)施方式中，所述本征層構(gòu)造在最下面的半導(dǎo)體二極管中。在另一種擴(kuò)展方案中，所述本征層構(gòu)造在所有半導(dǎo)體二極管中。在此，本征層應(yīng)理解為具有低于1e161/cm²、優(yōu)選小于5e151/cm²、最優(yōu)選小于1.5e151/cm²的摻雜的半導(dǎo)體層。

在一種實(shí)施方式中，在鍺襯底上布置有恰好兩個(gè)半導(dǎo)體二極管，其中，所述半導(dǎo)體二極管分別包括與所述鍺襯底柵格匹配的ingaas化合物作為吸收材料。

附圖說明

以下參照附圖來詳細(xì)闡述本發(fā)明。在此，相同的部分標(biāo)以相同的標(biāo)記。所示出的實(shí)施方式是高度示意性的，即距離和橫向延展與豎直延展不是按比例的，并且只要不另作說明，相互間也不具有可推導(dǎo)的幾何關(guān)系。其中示出：

圖1：根據(jù)本發(fā)明的具有一個(gè)堆疊和兩個(gè)部分電壓源的可調(diào)電壓源的第一實(shí)施方式；

圖2：具有多個(gè)堆疊的可調(diào)電壓源的第二實(shí)施方式，所述多個(gè)堆疊具有各兩個(gè)部分電壓源；

圖3：根據(jù)本發(fā)明的具有一個(gè)堆疊的可調(diào)電壓源的第三實(shí)施方式，所述堆疊具有三個(gè)部分電壓源；

圖4：具有多個(gè)堆疊的可調(diào)電壓源的第四實(shí)施方式，所述多個(gè)堆疊具有各三個(gè)部分電壓源；

圖5：具有總共五個(gè)二極管的實(shí)施方式，所述五個(gè)二極管具有不同厚度的吸收區(qū)；

圖6：具有環(huán)繞的凸臺(tái)形的臺(tái)階的堆疊。

具體實(shí)施方式

圖1的示圖示出具有兩個(gè)部分電壓源的第一實(shí)施方式的示意性視圖，其具有可調(diào)電壓源vq，所述可調(diào)電壓源具有第一堆疊st1，所述第一堆疊具有上側(cè)和下側(cè)并且具有數(shù)量n等于2的二極管。所述第一堆疊st1具有由第一二極管d1和第一隧道二極管t1和第二二極管d2構(gòu)成的串聯(lián)電路。在堆疊st1的上側(cè)處構(gòu)造有第一電壓連接端vsup1，并且在堆疊st1的下側(cè)處構(gòu)造有第二電壓連接端vsup2。在此，所述第一堆疊st1的電源電壓vq1由各個(gè)二極管d1至d2的部分電壓組成。為此，所述第一堆疊st1經(jīng)受光子流、即光l。

二極管d1至d2與隧道二極管t1的第一堆疊st1被實(shí)施為單片構(gòu)造的、優(yōu)選由相同的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的塊。

在圖2的示圖中構(gòu)造有第一堆疊st1和第二堆疊st2的有利的接連排列(aneinanderreihung)的另一種實(shí)施方式。兩個(gè)堆疊st1和st2分別具有兩個(gè)部分電壓源。以下僅闡述與圖1的示圖的區(qū)別。所述第二堆疊st2如所述第一堆疊st1那樣具有由兩個(gè)二極管和構(gòu)造在這兩個(gè)二極管之間的隧道二極管組成的串聯(lián)電路。兩個(gè)堆疊st1及st2相互串聯(lián)連接，從而如果兩個(gè)堆疊st1與st2經(jīng)受光子流l，則所述第一堆疊st1的電源電壓vq1與所述第二堆疊st2的電源電壓vq2相加。

圖3的示圖示出具有三個(gè)部分電壓源的第一實(shí)施方式的示意性視圖，其具有可調(diào)電壓源vq，所述可調(diào)電壓源具有第一堆疊st1，所述第一堆疊具有上側(cè)和下側(cè)并且具有數(shù)量n等于3的二極管。所述第一堆疊st1具有由第一二極管d1和第一隧道二極管t1和第二二極管d2和第二隧道二極管t2和第三二極管d3構(gòu)成的串聯(lián)電路。在堆疊st1的上側(cè)處構(gòu)造有第一電壓連接端vsup1，并且在堆疊st1的下側(cè)處構(gòu)造有第二電壓連接端vsup2。在此，所述第一堆疊st1的電源電壓vq1基本上由各個(gè)二極管d1至d3的部分電壓組成。為此，所述第一堆疊st1經(jīng)受光子流、即光l。

二極管d1至d3與隧道二極管t1及t2的第一堆疊st1被實(shí)施為單片構(gòu)造的、優(yōu)選由相同的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的塊。

在圖4的示圖中構(gòu)造有第一堆疊st1和第二堆疊st2的有利的接連排列的另一種實(shí)施方式。在此，兩個(gè)堆疊st1和st2分別具有三個(gè)部分電壓源。以下僅闡述與圖3的示圖的區(qū)別。所述第二堆疊st2如所述第一堆疊st1那樣具有由三個(gè)二極管和構(gòu)造在這三個(gè)二極管之間的隧道二極管組成的串聯(lián)電路。兩個(gè)堆疊st1及st2相互串聯(lián)連接，從而如果兩個(gè)堆疊st1與st2經(jīng)受光子流l，則所述第一堆疊st1的電源電壓vq1與所述第二堆疊st2的電源電壓vq2相加。

在一種未示出的實(shí)施方式中，所述兩個(gè)堆疊st1及st2彼此具有不同數(shù)量的分別以串聯(lián)電路連接的二極管。在另一種未示出的實(shí)施方式中，至少第一堆疊st1和/或第二堆疊st2具有多于三個(gè)以串聯(lián)電路連接的二極管。由此可調(diào)節(jié)電壓源vq的電壓幅值。優(yōu)選地，數(shù)量n在4與8之間的范圍中。在另一種未示出的實(shí)施方式中，所述兩個(gè)堆疊st1及st2相互并聯(lián)連接。

在圖5的示圖中示出半導(dǎo)體層有利地接連排列成所述第一堆疊st1的實(shí)施方式。以下僅闡述與圖1的示圖的區(qū)別。所述第一堆疊st1總共包括五個(gè)串聯(lián)連接的部分電壓源，所述部分電壓源構(gòu)造為二極管d1至d5。光l射到第一二極管d1的表面ob上。所述表面ob幾乎或完全被照亮。在兩個(gè)彼此相繼的二極管d1-d5之間分別構(gòu)造有一個(gè)隧道二極管t1-t4。隨著各個(gè)二極管d1至d5與所述表面ob的距離增加，吸收區(qū)的厚度增大，從而最下面的二極管d5具有最厚的吸收區(qū)。所述第一堆疊st1的總厚度總共小于等于12μm。在最下面的二極管d5的下面構(gòu)造有襯底sub。

在圖6的示圖中示出半導(dǎo)體層有利地接連排列成所述第一堆疊st1的實(shí)施方式，其具有環(huán)繞的凸臺(tái)形的臺(tái)階。以下僅闡述與圖3的示圖的區(qū)別。在所述第一堆疊st1的表面ob上，在邊緣r處構(gòu)造有金屬的第一連接接觸部k1。所述第一連接接觸部k1與所述第一電壓連接端vsup1連接——未示出。所述襯底sub具有上側(cè)os，其中，所述襯底sub的上側(cè)os材料鎖合地與最下面的二極管、即第五二極管d5連接。在此應(yīng)理解，在將第五二極管布置在所述襯底上以及材料鎖合地與所述襯底的上側(cè)os連接之前，在所述襯底上外延地產(chǎn)生一個(gè)薄的成核層(nukleationsschicht)和一個(gè)緩沖層。所述襯底sub的上側(cè)os具有比在所述第一堆疊st1的下側(cè)處的面更大的表面。由此構(gòu)成了環(huán)繞的臺(tái)階stu。臺(tái)階stu的邊緣距離所述臺(tái)階的第一堆疊st1的直接鄰接的側(cè)面多于5μm且少于500μm，示出為所述附圖標(biāo)記stu的長(zhǎng)度。臺(tái)階stu的側(cè)面的高度大于100nm。在所述襯底sub的下側(cè)處構(gòu)造有全面積的金屬的第二接觸部k2。所述第二連接接觸部k2與所述第二電壓連接端vsup2連接——未示出。