CN105359279B

CN105359279B - 多结太阳能电池

Info

Publication number: CN105359279B
Application number: CN201480037825.9A
Authority: CN
Inventors: 马蒂厄·鲍德瑞特; 托马斯·西格纳玛谢克斯
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2034-06-16
Also published as: EP3011592A1; US20160149068A1; CN105359279A; FR3007201A1; TW201511303A; WO2014202511A1; TWI627760B; FR3007201B1; EP3011592B1

Abstract

本发明涉及一种太阳能电池，包括：至少两个子电池(23，25)的堆叠，隧道二极管(27)包括以相反的导电类型高度掺杂的叠加的第一层和第二层(29，31)，所述隧道二极管被放置在两个相邻的子电池之间；第一电极(35)和第二电极(39)，分别与所述堆叠两侧处的表面中的面(28)和另一面(22)接触；以及对于至少一个隧道二极管(27)，第三电极(41)和第四电极(43)分别与所述隧道二极管的第一层(31)和第二层(29)电接触。

Description

多结太阳能电池

技术领域

本发明涉及多结太阳能电池以及用于制造这种太阳能电池的方法。更具体地，本发明涉及用于光伏应用的多结太阳能电池。

背景技术

在具有高的太阳能转换效率的光伏太阳能电池的领域中，试图对收集入射太阳光谱的光子进行优化。

已经提出了被称为“多结”电池的太阳能电池。多结太阳能电池包括多个子电池的堆叠，其中每个子电池由形成PN结的不同的半导体层的堆叠组成。每个子电池的PN结形成为使得每个子电池具有不同的带隙能量。因此每个子电池吸收太阳光谱的部分减少但具有高效率。这导致这种太阳能电池相较具有单硅结的太阳能电池具有增加的总效率。

多结太阳能电池通常通过构成不同的子电池的不同的层在给定的衬底上的外延生长来形成。通过这种方法形成的多结太阳能电池被称为“整体式”电池。

在操作中的整体式多结太阳能电池中，电势差被施加到放置在不同的子电池的堆叠的两侧的两个电极之间。子电池通过放置在两个相邻子电池之间的隧道二极管或隧道结串联连接。由于子电池串联连接，因此吸收入射光谱的最小能量并由此提供最小电流的子电池将其它电池限制到该电流值。由整体式多结太阳能电池提供的最大功率等于由不同的子电池传递的电流的最小值乘以多结电池的端子处的电压(等于子电池的端子处的电压的和)，而不等于由每个子电池提供的最大功率输出的和。

整体式多结太阳能电池的一个优势在于它们是通过易于实现且控制良好的方法来制造的。这导致高生产能力且品质优良的多结太阳能电池。

整体式多结太阳能电池的一个缺点与不同的子电池串联连接的事实有关。这意味着这种太阳能电池使能够获得由太阳能电池提供的最大功率输出的优化操作不等于每个子电池的优化操作。此外，如果子电池之一在操作时改变了性能，例如由于实际的太阳光谱不符合太阳能电池的设计所使用的太阳光谱，或者由于诸如合聚透镜之类的外部元件，或者由于子电池的特性的退化，这就会导致太阳能电池的整体性能的降低。这会导致这种太阳能电池的效率降低。

为了增加由整体式多结太阳能电池传递的功率，一个解决方案在于将电池制造成使得每个子电池针对给定的入射光谱传递相同的电流。使用术语子电池的“电流校准”。然而，这导致更复杂的制造太阳能电池的方法。此外，电流校准仅对太阳能电池的优化所选择的入射光谱有效。

此外，可以通过不同的子电池的机械组装的方法而不是以整体样式来形成多结太阳能电池。这样的多结太阳能电池被称为“多端子”电池。每个子电池例如通过衬底上的外延生长来独立于其它子电池形成。在每个子电池的两侧形成电极，例如导电垫。然后将子电池互相机械组装。在操作中的多端子多结太阳能电池中，电势差被施加到每个子电池的两个电极之间。每个子电池的电操作独立于其它子电池的电操作。

多端子多结太阳能电池的一个优势在于可以单独优化每个子电池的操作。由多端子多结太阳能电池提供的最大功率等于由每个子电池提供的最大功率输出的和。此外，一个子电池的性能的退化不会导致其它子电池的性能的退化。这导致这种太阳能电池的高效率。

多端子多结太阳能电池的另一个优势在于不需要针对给定的入射光谱进行每个子电池的电流校准。

相反地，这种子电池的机械组装的方法需要适当地控制子电池的校准，使得上层的子电池不会对下层的子电池产生阴影效应(shadow effect)。实际上，如果形成不同的子电池的电极的导电垫不是适当地互相对准，那么会降低由下面的子电池(即，放置在具有构成机械组装的正面的面的子电池下方的子电池)吸收的光子数量。

多端子多结太阳能电池的一个缺点为现有的制造方法的复杂性。此外，由于在不同的衬底上单独制造子电池，这导致了高的制造成本。

美国专利申请2010/0089440中描述了通过外延生长形成的双结太阳能电池的一个示例。根据该文件中描述的实施例，太阳能电池包括三个端子。第一端子和第二端子分别连接到两个子电池，第三端子连接到设置在两个子电池之间的导电层。在这种太阳能电池中，可以将电势差施加到第一端子与第二端子之间，或者第一端子与第三端子之间，或者第二端子与第三端子之间。如果电势差施加在第一端子与第二端子之间，那么太阳能电池作为传统的整体式双结太阳能电池来操作，其中两个子电池串联连接。也可以通过在第一端子与第三端子之间或者第二端子与第三端子之间施加电势差来检查每个子电池独立于其它子电池的令人满意的操作。例如，这使得能够对由两个子电池提供的电流是否相等进行检查。这种双结太阳能电池的一个缺点在于两个子电池不能彼此独立地同时投入操作。

因此提出下述问题：通过易于实现的制造方法来生产不同的子电池可以彼此独立地同时连接的多结太阳能电池。

还提出下述问题：生产具有最佳效率的多结太阳能电池。

发明内容

本发明具体试图解决这些问题。

本发明涉及下述太阳能电池，该太阳能电池包括：至少两个子电池的堆叠，其中在两个相邻的子电池之间插入隧道二极管，该隧道二极管包括以相反的导电类型掺杂的叠加的第一层和第二层。第一电极和第二电极分别与设置在所述堆叠两侧的一面和另一面接触。对于至少一个隧道二极管，第三电极和第四电极分别与所述隧道二极管的所述第一层和所述第二层电接触。

根据本发明的一个实施例，对于每个隧道二极管，第三电极和第四电极分别与所述隧道二极管的所述第一层和所述第二层电接触。第三电极和第四电极用作附加的电极，使得每个子电池能够独立于其它子电池而被极化。

根据本发明的一个实施例，所述第一电极与所述堆叠的暴露于光辐射的面接触，并且部分地覆盖该面，所述第二电极与所述堆叠的与暴露于光辐射的所述面相对的面接触，并且完全覆盖该面。

对于所述至少一个隧道二极管，所述第三电极和所述第四电极可以：

-在所述堆叠的暴露于光辐射的面一侧，放置在所述隧道二极管的第一层和第二层上；

-或者在所述堆叠的与暴露于光辐射的所述面相对的面一侧，放置在所述隧道二极管的第一层和第二层上。

根据本发明的一个实施例，至少一个隧道二极管还包括放置在所述堆叠的所述第一层和所述第二层的两侧、分别与所述第一层和所述第二层接触的导电的第一阻挡层和导电的第二阻挡层。与该隧道二极管相连的第三电极可以与所述第一阻挡层直接接触和/或与该隧道二极管相连的第四电极可以与所述第二阻挡层直接接触。

根据本发明的一个实施例，通过隧道二极管将至少两个相邻的子电池隔开，该隧道二极管的第一层和第二层不与任何电极接触，其中所述至少两个相邻的子电池形成串联连接的子电池的组件。

上述类型的多结太阳能电池的一个优势在于每个子电池可以与两个电极相连，使得该子电池能够独立于其它子电池被极化。此外，不同的子电池可以彼此独立地且同时地被极化。

这种多结太阳能电池的另一优势在于该多结太阳能电池可以作为整体式双结太阳能电池(整体模式下)或者作为多端子双结太阳能电池(多端子模式下)进行操作。

这种多结太阳能电池的另一个优势与下述事实有关：可以单独对每个子电池的操作进行优化，并由此最大化太阳能电池的总效率。

这种多结太阳能电池的又一优势在于可以通过易于实现的制造方法来制造整体式的这种太阳能电池。

本发明还涉及一种用于形成太阳能电池的方法，包括下述步骤：a)形成至少两个子电池的堆叠，在两个相邻的子电池之间插入隧道二极管，该隧道二极管包括以相反的导电类型掺杂的叠加的第一层和第二层；然后，以任何顺序：b)形成第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极分别与所述堆叠的暴露于光辐射的面以及与所述堆叠的与暴露于光辐射的所述面相对的面接触；以及c)对于至少一个隧道二极管，形成分别与所述隧道二极管的所述第一层和所述第二层电接触的第三电极和第四电极。

根据本发明的一个实施例，在步骤c)中，对于每个隧道二极管，形成分别与所述隧道二极管的所述第一层和所述第二层电接触的第三电极和第四电极。

在步骤a)中，插入有隧道二极管的至少两个子电池的所述堆叠是通过外延生长形成的。

上述方法在步骤a)与步骤c)之间还可以包括下述步骤：针对至少一个隧道二极管，形成第一开口和第二开口，使得分别暴露所述隧道二极管的所述第一层的一部分和所述隧道二极管的所述第二层的一部分。

根据本发明的一个实施例，在形成所述第一电极和所述第二电极的步骤b)之前完成针对至少一个隧道二极管来形成所述第一开口和所述第二开口的步骤。

第一开口和第二开口可以通过各向异性蚀刻方法(例如通过等离子刻蚀)或者通过各向同性刻蚀方法(例如通过湿法化学刻蚀)来形成。

所述第一开口和所述第二开口可以基于所述堆叠的暴露于光辐射的所述面(称为正面)来形成。

作为变体，所述第一开口和所述第二开口可以基于所述堆叠的与暴露于光辐射的所述面相对的面(称为背面)来形成。根据另一变体，所述第一开口和所述第二开口可以基于正面以及基于背面来形成。

用于形成上述类型的多结太阳能电池的方法的一个优势在于该方法易于实现。实际上，这种方法使用在用于制造微电子组件的方法的过程中常用的步骤。

本发明还涉及使用上述类型的太阳能电池的方法，包括下述步骤：a)测量由每个子电池或串联连接的子电池的组件传递的电流；b)比较由不同的子电池或子电池的组件传递的电流；c)如果由不同的子电池或子电池的组件传递的电流相等，那么将所述太阳能电池连接为使得所述太阳能电池以整体模式进行操作；c')如果由不同的子电池或子电池的组装件传递的电流不全部相等，那么将所述太阳能电池连接为使得所述太阳能电池以多端子模式进行操作。

根据本发明的一个实施例，对于所述第一层和所述第二层分别与第三电极和第四电极接触的每个隧道二极管：在步骤c)中，所述第三电极和所述第四电极未连接并且所述隧道二极管是导电的。

在步骤c)中，电势差可以被施加到所述第一电极与所述第二电极之间，使得由所述太阳能电池传递的功率最大。

根据本发明的一个实施例，对于所述第一层和所述第二层分别与第三电极和第四电极接触的每个隧道二极管：在步骤c')中，电势差被施加到所述第三电极与所述第四电极之间，使得流经所述隧道二极管的电流最小。

根据本发明的一个实施例，在步骤c')中，对于所述第一层和所述第二层分别与第三电极和第四电极接触的每个隧道二极管，设法确定待施加到所述第三电极与所述第四电极之间以使流经所述隧道二极管的电流最小的所述电势差。

根据本发明的一个实施例，在步骤c')中，对于每个子电池或者串联连接的子电池的组件，设法确定使得所述子电池或由子电池的组件传递的功率最大的所述子电池或子电池的所述组件的最佳极化。然后所述太阳能电池的每个电极可以被极化为使得每个子电池或者子电池的组件在所述最佳极化处被极化。

使用上述类型的太阳能电池的方法还可以包括重复步骤a)至步骤c)或者步骤a)至步骤c')的步骤d)。通过这种方式，如果在使用太阳能电池时子电池的电流校准退化(例如由于子电池之一的特性的退化，或者由于诸如合聚透镜之类的太阳能电池外部的元件的退化，或者由于实际的太阳光谱与太阳能电池的设计中所使用的太阳光谱不一致)，那么太阳能电池从整体式操作模式变成多端子操作模式。这导致太阳能电池的优化效率。

根据本发明的一个实施例，随着步骤c')的每次重复，还可以针对所述第一层和所述第二层分别与第三电极和第四电极接触的每个隧道二极管来再次设法确定待施加到所述第三电极与所述第四电极之间以使流经所述隧道二极管的电流最小的所述电势差。

随着步骤c')的每次重复，可以再次设法确定每个子电池或子电池的组件的最佳极化。

可以以固定的时间间隔重复步骤d)。

使用上述类型的多结太阳能电池的方法的一个优势在于即使在不是所有子电池都传递相同电流的情况下也可以优化由太阳能电池传递的功率。这导致太阳能电池的最佳效率。

这种使用多结太阳能电池的方法的另一优势在于如果子电池的电流校准退化(例如由于子电池之一的运行特性的退化，或者由于太阳能电池外部的原因，或者由于实际的太阳光谱与太阳能电池的设计中所使用的太阳光谱不一致)，那么不会对其它子电池造成影响，这是因为子电池随后以多端子模式进行连接。

这种使用多结太阳能电池的方法的另一优势在于不需要将太阳能电池制造成使得所有的子电池都传递相同的电流。

本发明还涉及使用上述类型的太阳能电池的方法，包括下述步骤：a)测量由每个子电池传递的电流；b)比较由不同的子电池传递的电流；c)如果由不同的子电池传递的电流相等，那么将所述太阳能电池连接为使得所述太阳能电池以整体模式进行操作；c')如果由不同的子电池传递的电流不全部相等，那么以整体模式将传递相同电流的相邻的子电池进行连接，并且以多端子模式将其它子电池进行连接。

本发明还涉及一种用于对上述类型的太阳能电池进行测试的设备，包括：用于测量或确定由每个子电池或串联连接的子电池的组件传递的电流的装置以及用于比较由不同的子电池或子电池的组件传递的电流的装置。装置还使太阳能电池能够被连接为使得在由不同的子电池或子电池的组件传递的电流相等时所述太阳能电池以整体模式进行操作，并且使得在由不同的子电池或子电池的组件传递的电流不全部相等时所述太阳能电池以多端子模式进行操作。

根据本发明的一个实施例，该测试设备还包括第一分析装置，所述第一分析装置用于针对每个隧道二极管来寻找待施加到第三电极与第四电极之间以使流经隧道二极管的电流最小的电势差。

测试设备还可以包括计算装置，所述计算装置用于计算随每个子电池或子电池的组件的极化变化的由每个子电池或子电池的组件传递的功率。

第二分析装置可以被设置成针对每个子电池或者子电池的组件来寻找使得由所述子电池或由子电池的所述组件传递的功率最大的所述子电池或子电池的所述组件的最佳极化。

测试设备还可以包括用于计算或确定待施加到所述太阳能电池的每个电极的电势的装置，该电势使得流经每个隧道二极管的电流最小并且使得由每个子电池或子电池的组件传递的功率最大。

根据本发明的一个实施例，测试设备可以包括使得能够计算或测量上文提到电势差和/或电势和/或功率输出的计算机或计算器或测量系统。

附图说明

在阅读了下面的描述并且参照附图之后，将更清楚地示出本发明的其他特征和优点，所述附图仅作为示例给出，并非意图限制。

图1是示意性地示出根据本发明的双结太阳能电池的实施例的截面图。

图2是隧道二极管的通常的电流-电压特性曲线。

图3A和图3B是示意性地示出根据本发明的分别连接为在整体模式中的操作以及在多端子模式中的操作的双结太阳能电池的截面图。

图4是示意性地示出根据本发明的三结太阳能电池的实施例的截面图。

图5是示意性地示出根据本发明的三结太阳能电池的变体的截面图。

图6是示意性地示出根据本发明的双结太阳能电池的变体的截面图。

图7是示出使用根据本发明的多结太阳能电池的方法的示意图。

图8A至图8D是示意性地示出制造根据本发明的双结太阳能电池的方法的连续步骤的截面图。

各图的相同的、相似的或相等的部分具有相同的附图标记，使得更容易地从一幅图到另一幅图。

为了使图更易读，图中所示的各个部分不必都以统一的尺度示出。

具体实施方式

发明人提议使用称为“整体式”集成的集成来制造多结太阳能电池，并且使用在不同的子电池之间放置的隧道二极管的以相反导电类型掺杂的层，使得不同的子电池可以彼此独立地连接。

图1是示意性地示出了根据本发明的双结太阳能电池的实施例的截面图。

太阳能电池包括两个子电池23和25的堆叠，其中在子电池23与子电池25之间插入隧道二极管27。每个子电池23、25由形成PN结的半导体层的堆叠组成。

子电池23包括两个主要面22和24，子电池25包括两个主要面26和28。面22和面28放置在堆叠的两端。如以下要描述的所有实施例中那样，在本实施例中，太阳能电池的面28优选是意图暴露于入射光辐射的面(称为正面)，而面22是与意图暴露于光辐射的面相对的面(称为背面)。在这种情况下，子电池23和子电池25形成为使得子电池25的带隙能量高于子电池23的带隙能量。从而子电池25没有吸收的入射辐射被传输到子电池23。

隧道二极管27包括两个叠加的半导体层29和31的至少一个堆叠，这两个叠加的半导体层是非常高度掺杂的，例如以高于10¹⁹cm^-3的掺杂水平并且相反的导电类型掺杂，从而形成隧道结。隧道二极管27被制造成使得它具有高的光透射系数，以使由于隧道二极管的层对辐射的吸收而造成的电流损失最小化。如果每个子电池23、25包括覆盖有N型半导体层的P型半导体层的堆叠，那么隧道二极管27的层29和层31分别是N型和P型。

例如，隧道二极管27的层29和层31由GaAs制成并且厚度在5nm与30nm之间，例如厚度大约为15nm。例如，层29是N掺杂的，例如以在1·10¹⁹cm^-3与8·10¹⁹cm^-3之间(例如大约3·10¹⁹cm^-3)的掺杂水平掺杂。于是层31是P掺杂的，例如以在1·10¹⁹cm^-3与8·10¹⁹cm^-3之间(例如大约5·10¹⁹cm^-3)的掺杂水平掺杂。

电极(或者导电接头)35与面28接触，电极(或者导电接头)39与面22接触。接头35和接头39分别用来使太阳能电池的面28和面22极化。此外，接头35构成第一电极来极化子电池25，接头39构成第一电极来极化子电池23。

接头35可以基于完全覆盖面28的连续的导电层来形成。在这种情况下，接头35优选地由光学透明的导电材料制成。根据替换实施例，接头35仅部分地覆盖面28。这与基于完全覆盖面28的连续的导电层来形成接头35的情况相比，改善了子电池25对光辐射的吸收。如果接头35仅部分覆盖面28，那么可以用非光学透明的导电材料来制作接头35。如图1所示，接头35可以基于彼此以一定距离放置的导电引线(例如相互平行的导电引线)来形成。有利地，接头39基于完全覆盖面22的连续的导电层来形成。这导致与子电池23的改进的接触，从而优化所收集的电流。

发明人提出将隧道二极管27的层31和层29用作导电层，以分别极化子电池25和子电池23。

电极(或者导电接头)41与隧道二极管27的层31接触，电极(或者导电接头)43与隧道二极管27的层29接触。接头41和接头43中的每个接头与构成太阳能电池的堆叠的其它层电绝缘。例如，接头41和接头43放置在面28一侧，或者换句话说，接头41和接头43与对应的层31、29的顶面接触。按照定义，层31的顶面对应于与子电池25接触的面，层29的顶面对应于与层31接触的面。层31和层29中的每个层还包括与如上所述的对应的顶面相对的底面。接头41和接头43分别用来使隧道二极管27的层31和层29极化。

因此可以通过电极35和电极41来使子电池25极化，并且可以通过电极39和电极43来使子电池23极化。

如图1所示，接头41和接头43例如被放置在太阳能电池的横向外端处。优选地，隧道二极管27的层31整个覆盖子电池25的面26，以使得由子电池25产生的所有载流子都能够被电极41收集。隧道二极管的非常高度掺杂的层31和层29允许载流子横向传导的机制。因此，无论载流子在层31中聚集在哪里，载流子都会产生电流，通过横向传导，该电流将能够被电极41收集。

优选地，接头35、39、41和43由金属材料的合金制成。接头35可以由光学透明导电材料(例如ITO(氧化铟锡))来制造，和/或接头39可以由掺杂半导体材料来制造。

根据图1中所示的太阳能电池的变体，隧道二极管27还可以包括放置在由层29和层31组成的隧道结的两侧的导电阻挡层。放置在子电池25与层31之间的阻挡层称为上阻挡层，放置在子电池23与层29之间的阻挡层称为下阻挡层。这些阻挡层使得能够阻止掺杂元素从隧道结到子电池23和子电池25的扩散。优选地，电极41和电极43分别与隧道结的层31和层29直接接触。由于阻挡层是导电的，因此电极41和电极43可以分别与上阻挡层和下阻挡层直接接触。尽管如此，根据本发明人，如果电极41、43中的每个与对应的层31、29直接接触而不是与对应的阻挡层直接接触，则会改善电接触。电极41、43之一可以与对应的层31、29直接接触，而另一个电极可以与对应的阻挡层直接接触。

图1中所示类型的太阳能电池的一个优势在于每个子电池与专用于该子电池的两个电极相连，使得该子电池能够独立于其它子电池被极化。此外，两个子电池可以彼此独立地且同时地被极化。

以下结合图2以及图3A-3B来描述图1中所示类型的太阳能电池的操作。

图2示出了通常的电流-电压特性曲线I(V)，该特性曲线表示随隧道二极管端子处的电压V变化的流经该隧道二极管的电流I。特性曲线I(V)包括针对极化Vp的电流峰值Ip和针对极化Vv的最小电流Iv。通过隧道二极管的高度掺杂层N和P的材料、通过它们的掺杂水平以及通过它们的厚度来特别确定点Ip(Vp)和Iv(Vv)。优选地，图1中所示的太阳能电池被制造成使得隧道二极管27的电流Ip大于由太阳能电池在标称操作条件下传递的并且流经隧道二极管的电流I。操作隧道二极管的通常状态对应于特性曲线I(V)的部分51，即，对应于小于Ip的电流I的点和小于Vp的电压V的点。

为了找到隧道二极管的极化点Vv，电势差被施加到隧道二极管的电极41与电极43之间。该电势差是变化的，直到找到流经隧道二极管的电流是最小(等于Iv)的极化Vv为止。

在包括下述层29和层31的隧道二极管27的情况下，极化Vv为例如大约0.8V：层29由GaAs制成，厚度大约20nm，以大约为3·10¹⁹cm^-3的掺杂水平N掺杂，层31由GaAs制成，厚度大约20nm，以大约为5·10¹⁹cm^-3的掺杂水平P掺杂。

图3A是示意性地示出参照图1所描述类型的双结太阳能电池的截面图，其中两个子电池23、25串联连接。在这种情况下，使用的术语为“整体”模式下的操作。

在整体操作模式中，电势差被施加到分别与面28和面22接触的电极35(A)与电极39(D)之间。分别与隧道二极管27的层31和层29接触的电极41和电极43未被连接。子电池23、25以及隧道二极管27串联连接。等于由子电池23和子电池25传递的电流的最小值的电流穿过隧道二极管27。隧道二极管的操作点位于特性曲线I(V)的部分51中。隧道二极管随后工作在所谓的“线性”和“导通”状态下。隧道二极管是导电的并且作为阻值很低的电阻器。隧道二极管27使得载流子能够在子电池23与子电池25之间通过。

图3B是示意性地示出参照图1所描述类型的双结太阳能电池的截面图，在该情况下，两个子电池23、25彼此独立地连接。

在这种情况下，使用的术语为“多端子”模式下的操作。

在多端子操作模式中，电势差V_AB被施加到电极35(A)与电极41(B)之间以极化子电池25，电势差V_CD被施加到电极43(C)与电极39(D)之间以极化子电池23。由于隧道二极管的其上分别制作有接头B和接头C的层31和层29被叠加而没有任何中间绝缘体，因此必须使隧道二极管的层31与层29之间的电流传导最小化。

为此，首先将仔细选择的电势差V_BC施加到电极41与电极43之间，即隧道二极管的端子处。极化V_BC被选择为使得V_BC接近使流经隧道二极管的电流I最小(等于值Iv)的极化Vv。然后隧道二极管工作在所谓的“截止”状态下。隧道二极管27不再是导电的，而是几乎绝缘的。然后子电池23和子电池25彼此独立地工作。

此外，为了优化由太阳能电池传递的功率，可以确定每个子电池的最佳极化点，即，施加在与每个子电池相连的电极之间使得由每个子电池传递的功率最大的电势差Vmax。

为了找到子电池25的最佳极化点，电势差V_AB被施加到电极35与电极41之间。电势差V_AB是变化的，并且随该电势差变化的由子电池传递的电流被测量。根据这些测量，由子电池传递的功率被计算为电势差V_AB的函数。使由子电池25传递的功率最大的电势差V_AB对应于子电池25的最佳极化Vmax。为了找到子电池23的最佳极化点，电势差V_CD被施加到电极43与电极39之间，并且遵循类似的程序。

图1中所示类型的太阳能电池的一个优势在于它可以工作为整体式双结太阳能电池(上文参照图3A所描述的整体模式)或者工作为多端子双结太阳能电池(上文参照图3B所描述的多端子模式)。

这种太阳能电池的另一个优势与下述事实有关：可以单独对每个子电池的操作进行优化，并因而使太阳能电池的总效率最大化。

这种整体式太阳能电池的另一优势在于可以通过易于实现的制造方法来制造该太阳能电池。

图4是示意性地示出根据本发明的三结太阳能电池的截面图。

太阳能电池包括三个子电池63、65和67的堆叠，其中在子电池63与子电池65之间以及子电池65与子电池67之间分别插入隧道二极管69、75。每个隧道二极管69、75包括两个叠加的以相反的导电类型高度掺杂的半导体层71和73、77和79的堆叠。

电极35与太阳能电池的面28接触并且优选地不完全覆盖该面。电极39与太阳能电池的面22接触并且优选地完全覆盖该面。

电极85和电极86分别与隧道二极管69的层73和层71接触，并且与堆叠的其它层电绝缘。类似地，电极88和电极89分别与隧道二极管75的层79和层77接触，并且与堆叠的其它层电绝缘。电极85和电极86分别用来使隧道二极管69的层73和层71极化，并且电极88和电极89分别用来使隧道二极管75的层79和层77极化。

子电池67旨在通过电极35和电极88极化。子电池65旨在通过电极89和电极85极化。子电池63旨在通过电极39和电极86极化。

类似于图1中所示的双结太阳能电池，图4中所示的三结太阳能电池可以以整体模式或者以多端子模式来进行操作。

在整体模式中，电势差被施加到分别与面28和面22接触的电极35与电极39之间。电极85、电极86、电极88、电极89未连接。隧道二极管69和隧道二极管75是导电的，并且子电池63、子电池65、子电池67以及隧道二极管69、隧道二极管75串联连接。

在多端子模式中，大致等于隧道二极管75的极化Vv的电势差被施加到接头88与接头89之间，并且大致等于隧道二极管69的极化Vv的电势差被施加到接头85与接头86之间，使得流经隧道二极管75和隧道二极管69的电流最小。通过在与子电池63、子电池65、子电池67相连的电极之间施加电势差，子电池63、子电池65、子电池67彼此独立地连接。三个子电池可以彼此独立地且同时地连接。例如，还可以同时连接三个子电池中的单个子电池，或者同时连接三个子电池中的两个子电池。

图5是示意性地示出根据本发明的三结太阳能电池的变体的截面图。用相同的附图标记来指示与图4的元件共同的元件。

与图4中所示的太阳能电池相比，图5中所示的太阳能电池不包括旨在使隧道二极管69的层71和层73极化的接头。隧道二极管69是导电的，并且子电池63和子电池65串联连接。当子电池63和子电池65要被电流校准时可以选择该实施例。

子电池67可以与子电池63和子电池65的组件串联连接，或者借助于隧道二极管75的层79和层77的极化接头88和极化接头89来独立于子电池63和子电池65的组件连接。

为了将子电池67与子电池63和子电池65的组件串联连接，电势差被施加到电极35与电极39之间，并且电极88和电极89未连接。然后隧道二极管75是导电的。太阳能电池以整体模式进行操作。

为了独立于子电池63和子电池65的组件而连接子电池67，将大约等于隧道二极管75的极化Vv的电势差施加到电极88与电极89之间，使得流经隧道二极管75的电流最小。通过在电极35与电极88之间施加电势差来使子电池67极化，并且通过在电极89与电极39之间施加电势差来使子电池63和子电池65的组件极化。太阳能电池以整体模式与多端子模式之间的混合模式来进行操作。可以仅使子电池63和子电池65的组件极化，或者仅使子电池67极化。

图6是示意性地示出根据本发明的双结太阳能电池的变体的截面图。用相同的附图标记来指示与图1的元件共同的元件。

分别与隧道二极管27的层31和层29接触的电极41和电极43没有像图1中所示的太阳能电池中那样放置在暴露于光辐射的面28一侧，而是放置在面22一侧。也可以包括未示出的穿过子电池的堆叠的导电通孔，以将电极35的连接返回到朝向太阳能电池的面22。

图1和图4-6中所示类型的太阳能电池可以包括n个子电池的堆叠(其中n为大于或等于2的整数)，其中，包括两个叠加的以相反的导电类型高度掺杂的层29、31的隧道二极管27插入在两个相邻的子电池之间。在这种太阳能电池中，两个电极35、39分别与设置在堆叠的两侧的面28、22接触。对于至少一个隧道二极管27，两个其它电极41和电极43分别与该隧道二极管的层31和层29接触。电极41、43不与子电池直接接触。电极41和电极43分别用来使隧道二极管27的层31和层29极化。

根据一个实施例，每个隧道二极管与两个电极41、43相连，从而使得每个子电池能够独立于其它子电池被极化。

旨在通过电极35以及通过电极41来使堆叠上层(n层)的子电池极化，其中电极41与将该子电池与n-1层的子电池隔开的隧道二极管的上面的层31接触。旨在通过电极39以及通过电极43来使堆叠的底层(1层)的子电池极化，其中电极43与将该子电池与2层的子电池分隔的隧道二极管的下面的层29接触。

旨在通过电极43以及通过电极41来使第2层与第n-1层之间所包括的i层的每个子电池极化，其中电极43与将i层的子电池与i+1层的子电池隔开的隧道二极管的下面的层29接触，电极41与将i层的子电池与i-1层的子电池隔开的隧道二极管的上面的层31接触。

通过这种方式，对于多端子模式下的操作，每个子电池可以与两个电极相连，使得每个子电池能够独立于其它子电池被极化。可以同时彼此独立地连接不同的子电池。通过在接头41、43之间施加大致等于隧道二极管的极化Vv的电势差，流经每个隧道二极管的电流被最小化，以允许每个子电池的操作独立于其它子电池的操作。

作为变体，太阳能电池可以包括不与极化接头41、43相连的隧道二极管。然后这些隧道二极管是导电的。通过这种方式获得串联连接的子电池的组件。

图7是示出使用根据本发明的多结太阳能电池的方法的示意图。在以下图7的描述中，术语“子电池”也意指串联连接的子电池的组件(例如，图5中示出的太阳能电池的子电池63和子电池65的组件)。

测量由每个子电池独立于其它子电池传递的电流(步骤101的“MES”)。对于给定的入射辐射，子电池被一个接一个地连接。对于不同的子电池，将相同的电势差施加到与这些子电池相连的电极之间，以执行电流测量。

将获得的由不同的子电池传递的电流的值进行比较(步骤103的“校准(ALIGN)？”)。

如果由不同的子电池传递的电流全部相等，则可以说子电池是电流校准的。然后多结太阳能电池被连接成使得该多结太阳能电池以整体模式进行操作(步骤105的“ML”)。

为此，对于与电极41和电极43(分别与层31和层29接触)相连的每个隧道二极管27，电极41和电极43未连接，并且该隧道二极管是导电的。电势差被施加到分别与太阳能电池的面28和面22接触的电极35与电极39之间。子电池和隧道二极管串联连接。有利地，电极35和电极39之间施加的电势差被选择为使得由多结太阳能电池传递的功率最大。

如果由不同的子电池传递的电流不是全部相等，那么子电池不是电流校准的。然后多结太阳能电池被连接成使得该多结太阳能电池以多端子模式进行操作(步骤107的“MT”)。为此，对于与电极41和电极43相连的每个隧道二极管27，将大致等于该隧道二极管的极化Vv的电势差施加到电极41与电极43之间，使得流经该隧道二极管的电流最小。将电势差施加到与每个子电池相连的电极之间。

如同上文参照图2、图3A和图3B所解释的那样，在这里可以确定每个隧道二极管的极化点Vv以及使由子电池传递的功率最大的每个子电池的最佳极化点Vmax。

为了使由太阳能电池传递的功率最大化，有利地，太阳能电池的每个电极被极化为使得每个隧道二极管的电极41、43之间的电势差大致等于极化Vv，并且使得与每个子电池相连的电极之间的电势差大致等于最佳极化Vmax。

在图5中所示的变体的情况中，太阳能电池包括不与极化接头41、43相连并且是导电的隧道二极管。在多端子模式中，有利地，每个串联连接的子电池的组件也被极化为使得其传递最大的功率输出。

这种使用多结太阳能电池的方法的一个优势在于即使在不是所有子电池都传递相同电流的情况下也可以优化由太阳能电池传递的功率。

这种使用多结太阳能电池的方法的另一优势在于如果子电池之一或者诸如合聚透镜之类的外部元件性能退化，不会对太阳能电池的性能有影响，这是因为之后子电池以多端子模式进行连接。

这种使用多结太阳能电池的方法的另一优势在于不需要将太阳能电池制造成使得所有的子电池都传递相同的电流。这使制造这种太阳能电池的方法更加简单。

使用多结太阳能电池的方法的一个实施例(例如图7中所示的实施例)包括例如以固定的时间间隔来重复对不同的子电池的电流校准进行检查的步骤101和步骤103，接着是以整体模式连接太阳能电池的步骤105或者以多端子模式连接太阳能电池的步骤107。因此，如果在使用太阳能电池的过程中一个或更多个子电池的性能退化，或者如果合聚透镜的属性在太阳光谱的一部分上退化，或者如果实际的太阳光谱与太阳能电池的设计所使用的太阳光谱不一致，从而导致子电池的电流非校准，那么太阳能电池就从整体操作模式变成多端子操作模式。这导致太阳能电池的优化效率。

随着步骤107的每次重复，可以再次确定每个隧道二极管的极化点Vv以及每个子电池的最佳极化点Vmax。

图7中所示类型的使用多结太阳能电池的方法的一个变体包括使用在整体模式与多端子模式之间混合的太阳能电池的操作模式。在比较由不同的子电池传递的电流的步骤103之后，如果由不同的子电池传递的电流不全部相等，那么电流校准的堆叠的相邻的子电池被串联连接(整体模式)，而传递比其它子电池传递的电流小的电流的子电池以多端子模式被单独地连接。

以下描述用于对根据本发明的多结太阳能电池进行测试的设备，该设备使得能够实现上文参照图7所描述的使用多结太阳能电池的方法。同样地，如图7的描述那样，术语“子电池”同样地指示串联连接的子电池的组件。

测试设备包括电流测量装置，其使得能够随施加在与子电池相连的电极之间的电势差的变化来测量由每个子电池传递的电流。这些电流测量装置可以连接到用于对由不同的子电池传递的电流进行比较的装置。

装置还使得太阳能电池能够被连接为使得如果由不同的子电池传递的电流相等则太阳能电池以整体模式进行操作，并且使得如果由不同的子电池传递的电流不全部相等则太阳能电池以多端子模式进行操作。

上述的电流测量装置还可以使得能够随施加在隧道二极管的电极41、43之间的电势差的变化来测量流经每个隧道二极管27的电流。

分析装置使得能够根据这些电流测量值来针对每个隧道二极管确定待施加到电极41、43之间以使流经该隧道二极管的电流最小的电势差Vv。

计算装置使得能够根据随子电池的极化变化的由子电池传递的电流的测量值来计算随子电池的极化变化的由每个子电池传递的功率。

装置(例如上述分析装置)还使得能够根据随子电池的极化变化的由每个子电池传递的功率的计算值来确定使由子电池传递的功率最大的每个子电池的最佳极化Vmax。

装置可以被设置成将施加到太阳能电池的每个电极的电势计算为使得每个隧道二极管的电极41、43之间的电势差大致等于该隧道二极管的极化Vv并且使得与每个子电池关联的电极之间的电势差大致等于子电池的最佳极化Vmax。

测试设备可以包括使得能够计算或测量上文提到的电流和/或电势差和/或电势和/或功率输出的计算机或计算器或测量系统，。

下面描述可以被实现为制造图1中所示类型的多结太阳能电池的一种方法。

图8A至8D是示意性地示出用于制造根据本发明的双结太阳能电池的方法的连续步骤的截面图。为了简化起见，在双结太阳能电池的特定背景下描述该方法。这种制造方法自然可以用于形成具有n个结的太阳能电池(其中n为大于或等于2的整数)，其中隧道二极管被插入在两个相邻的子电池之间。

图8A示出了两个子电池123和子电池125的堆叠，其中在子电池123与子电池125之间插入隧道二极管127。每个子电池123、125由形成PN结的不同的半导体层的堆叠组成。隧道二极管127包括由两个叠加的以相反的导电类型非常高度掺杂的半导体层129和半导体层131组成的隧道结。例如，堆叠的面128旨在暴露于光辐射，堆叠的面122与该面相对。

例如，通过外延生长来相继地形成子电池123的堆叠的不同的层、隧道二极管127的堆叠的不同的层以及子电池125的堆叠的不同的层。例如，子电池123的底层被用作外延生成的衬底。可以通过用于将薄的层转移到接收衬底(receiving substrate)上的方法来形成堆叠的各层。

图8B示出了子电池125中开口133的形成，以使隧道二极管127的层131的上表面的一部分132暴露。为此，预先保护子电池125的不期望消除的部分。然后通过蚀刻方法(例如通过各向异性刻蚀的方法，例如通过等离子刻蚀)形成开口133。例如，在形成太阳能电池时在该太阳能电池的边缘处形成开口133。

图8C示出了子电池125中以及隧道二极管127的层131中的另一开口134的形成，以使隧道二极管127的层129的上表面的一部分130暴露。为此，预先保护子电池125和层131的不期望消除的部分。然后通过蚀刻方法(例如通过各向异性刻蚀的方法)形成开口134。例如，在形成太阳能电池时在该太阳能电池的边缘距开口133一定距离处形成开口134。

图8D示出了旨在使太阳能电池极化的导电接头的形成。

导电接头(或电极)135在堆叠的面128上形成，优选地使得仅部分覆盖面128。为此，在面128上形成例如由导电材料或者由掺杂的半导体材料制成的导电层。然后，例如通过光刻随后蚀刻来在导电层中形成图案，以定义彼此之间以一定距离放置的导电引线。例如，由互相平行的导电引线形成接头135。

导电接头(或电极)139在堆叠的面122上形成，优选地使得全部覆盖面122。为此，例如与接头135的导电层同一时间在面122上形成例如由导电材料或者由掺杂的半导体材料制成的连续导电层。

接头135和接头139分别用来使太阳能电池的面128和面122极化。

在隧道二极管127的层131的暴露部分132上形成导电接头(或电极)141。在距离子电池125一定距离处形成接头141。在隧道二极管127的层129的暴露部分130上形成导电接头(或电极)143。在距离子电池125并且距离隧道二极管的层131一定距离处形成接头143。在形成接头141和接头143之前，开口133和开口134的边缘例如覆盖有绝缘材料，该绝缘材料旨在使接头141与子电池125绝缘以及使接头143与子电池125以及与层131绝缘。接头141和接头143分别用来使隧道二极管127的层131和层129极化。

通过这种方式，获得如图1中所示类型的双结太阳能电池。

参照图8A-图8D所描述的制造该类型的多结太阳能电池的方法的一个优势在于该方法易于实现。实际上，这种方法使用在用于制造微电子部件的方法的过程中常用的步骤。

根据图8A-图8D中所示方法的一个变体，可以颠倒在图8B和8C中分别示出的步骤的顺序。

根据图8A-图8D中所示方法的另一个变体，开口133和开口134是基于面122而不是面128形成的。在这种情况下，例如，开口133的形成使得例如隧道二极管127的层131的下表面的一部分能够被暴露，并且开口134的形成使得隧道二极管的层129的下表面的一部分能够被暴露。然后，隧道二极管的接头141和接头143的连接被转回到朝向太阳能电池的与暴露于光辐射的面相对的面122。通过这种方式，获得如图6中所示类型的太阳能电池。也可以穿过子电池的堆叠形成导电通孔，以将电极135的连接返回到朝向太阳能电池的面122。

根据图8A-图8D中所示方法的另一变体，可以以导电通孔的形式来形成接头135、接头139、接头141、接头143。

Claims

1.一种太阳能电池，包括：

至少两个子电池(23，25)的堆叠，其中在两个相邻的子电池之间插入第一隧道二极管(27)，该第一隧道二极管(27)包括以相反的导电类型掺杂的叠加的第一层和第二层(29，31)；

第一电极(35)和第二电极(39)，分别与所述堆叠的一面(28)和另一面(22)接触；以及

对于至少一个第一隧道二极管(27)，第三电极(41)和第四电极(43)分别与所述第一隧道二极管的所述第一层(31)和所述第二层(29)电接触。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中：

-所述第一电极(35)与所述堆叠的暴露于光辐射的所述面(28)接触；以及

-所述第二电极(39)与所述堆叠的与暴露于光辐射的所述面相对的面(22)接触。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，对于所述至少一个第一隧道二极管(27)，在所述堆叠的暴露于光辐射的所述面(28)的一侧或者在所述堆叠的与暴露于光辐射的所述面相对的面(22)的一侧，所述第三电极和所述第四电极(41，43)分别与所述第一隧道二极管的所述第一层和所述第二层(31，29)接触。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的太阳能电池，其中，对于每个隧道二极管(27)，第三电极(41)和第四电极(43)分别与所述第一隧道二极管的所述第一层(31)和所述第二层(29)电接触。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的太阳能电池，其中，通过第二隧道二极管将至少两个相邻的子电池(63，65)隔开，该第二隧道二极管的第一层(73)和第二层(71)不与任何电极接触，其中所述至少两个相邻的子电池形成串联连接的子电池的组件。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的太阳能电池，其中，对于至少一个第一隧道二极管(27)，所述第一隧道二极管还包括放置在所述堆叠的所述第一层和所述第二层(29，31)的两侧、分别与所述第一层(31)和所述第二层(29)接触的导电的第一阻挡层和导电的第二阻挡层。

7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其中，所述第三电极(41)与所述第一阻挡层直接接触，所述第四电极(43)与所述第二阻挡层直接接触。

8.一种用于形成太阳能电池的方法，包括以下步骤：

a)形成至少两个子电池(123，125)的堆叠，其中在两个相邻的子电池之间插入隧道二极管(127)，该隧道二极管(127)包括以相反的导电类型掺杂的叠加的第一层和第二层(129，131)；

随后，以任何顺序：

b)形成第一电极(135)和第二电极(139)，该第一电极(135)和第二电极(139)分别与所述堆叠的暴露于光辐射的面(128)以及与所述堆叠的与暴露于光辐射的所述面相对的面(122)接触；以及

c)对于至少一个隧道二极管(127)，形成分别与所述隧道二极管的所述第一层(131)和所述第二层(129)电接触的第三电极(141)和第四电极(143)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，在步骤c)中，对于每个隧道二极管(127)，形成分别与所述隧道二极管的所述第一层(131)和所述第二层(129)电接触的第三电极(141)和第四电极(143)。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，在步骤a)中，插入有隧道二极管(127)的至少两个子电池(123，125)的所述堆叠是通过外延生长形成的。

11.根据权利要求8或9所述的方法，在步骤a)与步骤c)之间，还包括以下步骤：针对至少一个隧道二极管(127)，形成第一开口(133)和第二开口(134)，使得分别暴露所述隧道二极管的所述第一层(131)的一部分(132)和所述隧道二极管的所述第二层(129)的一部分(130)。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在形成所述第一电极和所述第二电极(135，139)的步骤b)之前执行针对至少一个隧道二极管(127)来形成所述第一开口和所述第二开口(133，134)的步骤。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一开口和所述第二开口(133，134)是通过各向异性刻蚀的方法形成的。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一开口和所述第二开口(133，134)是基于所述堆叠的暴露于光辐射的所述面(128)形成的，或者基于所述堆叠的与暴露于光辐射的所述面相对的面(122)形成的。

15.一种使用根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池的方法，包括以下步骤：

a)测量(101)由每个子电池(23，25)或串联连接的子电池(63，65)的组件传递的电流；

b)比较(103)由不同的子电池或子电池的组件传递的电流；

c)如果由不同的子电池或子电池的组件传递的电流相等，那么将所述太阳能电池连接(105)为使得所述太阳能电池以整体模式进行操作；

c')如果由不同的子电池或子电池的组件传递的电流不全部相等，那么将所述太阳能电池连接(107)为使得所述太阳能电池以多端子模式进行操作。

16.根据权利要求15所述的使用太阳能电池的方法，其中，对于所述第一层(31)和所述第二层(29)分别与第三电极(41)和第四电极(43)接触的每个隧道二极管(27)：

-在步骤c)中，所述第三电极和所述第四电极(41，43)未连接并且所述隧道二极管是导电的；

-在步骤c')中，电势差(Vv)被施加到所述第三电极与所述第四电极(41，43)之间，使得流经所述隧道二极管的电流最小。

17.根据权利要求15所述的使用太阳能电池的方法，其中，在步骤c)中，电势差被施加到所述第一电极与所述第二电极(35，39)之间，使得由所述太阳能电池传递的功率最大。

18.根据权利要求16所述的使用太阳能电池的方法，其中，在步骤c')中，对于所述第一层(31)和所述第二层(29)分别与第三电极(41)和第四电极(43)接触的每个隧道二极管(27)，设法确定待施加到所述第三电极与所述第四电极(41，43)之间以使流经所述隧道二极管的电流最小的所述电势差(Vv)。

19.根据权利要求15所述的使用太阳能电池的方法，其中，在步骤c')中，对于每个子电池(23，25)或者串联连接的子电池(63，65)的组件，设法确定使得由所述子电池或由子电池的所述组件传递的功率最大的所述子电池或子电池的所述组件的最佳极化。

20.根据权利要求19所述的使用太阳能电池的方法，其中，在步骤c')中，所述太阳能电池的每个电极(35，39，41，43)被极化为使得每个子电池或者子电池的组件在所述最佳极化处被极化。

21.根据权利要求15所述的使用太阳能电池的方法，还包括重复步骤a)至步骤c)或者步骤a)至步骤c')的步骤d)。

22.根据权利要求21所述的使用太阳能电池的方法，其中，以固定的时间间隔重复步骤d)。

23.一种使用根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池的方法，包括下述步骤：

a)测量(101)由每个子电池(23，25)传递的电流；

b)比较(103)由不同的子电池传递的电流；

c)如果由不同的子电池传递的电流相等，那么将所述太阳能电池连接(105)为使得所述太阳能电池以整体模式进行操作；

c')如果由不同的子电池传递的电流不全部相等：

-以整体模式将传递相同电流的相邻的子电池进行连接；

-以多端子模式将其它子电池进行连接。

24.一种用于对根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池进行测试的设备，包括：

-用于确定由每个子电池(23，25)或串联连接的子电池(63，65)的组件传递的电流的装置；

-用于比较由不同的子电池或子电池的组件传递的电流的装置；以及

-用于将所述太阳能电池连接为使得在由不同的子电池或子电池的组件传递的电流相等时所述太阳能电池以整体模式进行操作并且使得在由不同的子电池或子电池的组件传递的电流不全部相等时所述太阳能电池以多端子模式进行操作的装置。

25.根据权利要求24所述的用于对太阳能电池进行测试的设备，还包括：

-第一分析装置，用于针对第一层(31)和第二层(29)分别与第三电极(41)和第四电极(43)接触的每个隧道二极管(27)来寻找待施加到所述第三电极与所述第四电极(41，43)之间以使流经所述隧道二极管的电流最小的电势差(Vv)；

-计算装置，用于计算随每个子电池或子电池的组件的极化变化的由每个子电池或子电池的组件传递的功率；

-第二分析装置，用于针对每个子电池(23，25)或者子电池(63，65)的组件来寻找使得由所述子电池或由子电池的所述组件传递的功率最大的所述子电池或子电池的所述组件的最佳极化；以及

-用于将待施加到所述太阳能电池的每个电极(35，39，41，43)的电势确定为使得流经每个隧道二极管的电流最小并且使得由每个子电池或子电池的组件传递的功率最大的装置。