四结GaAs太阳电池宽带减反射膜的设计与分析

提出了一种可应用于四结GaAs太阳电池的理想减反射膜结构,经计算得出,当窗口层(AlInP)厚度为48.63nm,三层减反射膜折射率和厚度分别为2.28、1.74、1.32和63.60、83.33、109.85nm时减反射效果最佳.由TFCalc软件模拟出的反射谱表明,使用该三层减反膜的四结GaAs太阳电池在350-1800nm宽光谱范围内可获得1.82%的平均反射率.同时,分析了各膜层折射率和厚度对膜系减反射性能的影响.

空间GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池结构参数对电学性能影响机理研究

本文使用计算机模拟了三结GaInP/GaAs/Ge太阳电池,通过改变顶电池GaInP、中电池GaAs厚度以及掺杂浓度等结构参数,得出了电池的光生载流子收集效率和电学特性之间的规律,揭示了太阳电池结构参数对电学性能影响的内在物理机制。结果表明,发射区厚度变化主要影响短波区域,基区厚度变化主要影响长波区域。顶电池GaInP发射区厚度增加,短路电流、开路电压先增后降;基区厚度增加,短路电流降低,最大功率随短路电流的变化而变化。中电池GaAs厚度增大,短路电流整体呈降低趋势,开路电压略有升高。GaInP工作区掺杂浓度升高,电学性能几乎不发生改变;GaAs工作区掺杂浓度升高,开路电压略有增加,短路电流和最大功率均呈下降趋势。可见GaInP的掺杂浓度对电池的影响远远低于GaAs。

基于不同衬底角度的GaInP/GaAs/InGaAs倒置三结太阳电池性能研究

带隙组合为1.9/1.42/1.0 eV的三结GaAs太阳电池具有很好的电流匹配,AM0光谱下理论效率可达38%。由于不同衬底角度生长倒置三结的性能研究报道较少,文章分别采用6°和15°偏向角生长GaInP/GaAs/InGaAs倒置三结太阳电池进行研究,并研究其子电池性能差异。研究表明,6°衬底生长倒置三结表面粗糙度、翘曲,以及XRD均匀性均优于15°衬底。在性能方面,6°衬底电压比15°衬底高13 mV,900~100 nm和1 100~1 250 nm范围内QE光谱响应更高。

基于晶格大失配In_(0.58)Ga_(0.42)As材料的高效四结太阳电池

Ⅲ-Ⅴ族晶格失配多结太阳电池是实现高效太阳电池的主要途径之一,但面临晶格失配材料的高质量生长及其所导致的子电池光电转换效率下降的难题。重点针对晶格失配子电池结构中的(AlGa)InAs缓冲层开展台阶层厚度优化研究,设计了150、200和250 nm三组不同台阶层厚度的缓冲层结构,并完成三组样品的外延生长实验。通过材料测试和子电池电性能测试,系统分析了台阶层厚度对In_(0.58)Ga_(0.42)As材料外延生长质量和子电池电性能的影响。获得了晶格弛豫度为96.71%的In_(0.58)Ga_(0.42)As子电池材料,制备的子电池开路电压达到205.10 mV。在此基础上,结合GaInP/GaAs/In_(0.3)Ga_(0.7)As三结电池研制了晶格失配四结薄膜太阳电池,其光电转换效率达到32.41%(AM0,25℃)。

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池100 MeV质子位移辐照损伤效应实验研究

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池是当前航天器空间电源系统的核心元器件,其在空间辐射环境中遭受的辐照损伤会导致太阳电池性能参数衰降,甚至导致航天器供电系统功能失效。为获取GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池高能质子辐照损伤退化规律,以国产GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池为研究对象,通过开展100 MeV质子不同注量下的辐照实验,分析质子位移损伤诱发GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的开路电压(V_(oc))、短路电流(I_(sc))、最大输出功率(P_(m))、光电转换效率(E_(ff))等辐射敏感参数的退化规律和损伤机理。结果表明:注量范围为1×10^(11)~2×10^(12)cm^(-2)时,V_(oc)、I_(sc)、P_(m)、E_(ff)的退化程度随辐照注量的增加而增大,当注量为2×10^(12)cm^(-2)时,P_(m)和E_(ff)归一化处理后的退化程度均为16.88%,与V_(oc)和I_(sc)相比,衰减更严重。对不同注量辐照所得V_(oc)、I_(sc)、P_(m)、E_(ff)进行拟合,获得了V_(oc)、I_(sc)、P_(m)、E_(ff)随辐照注量变化的特征曲线,根据该曲线可预估GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池不同注量下性能的衰减幅度。

倒置四结(IMM4J)太阳电池中InGaAs(1.0 eV)和InGaAs(0.7 eV)子电池高能电子辐照退火效应

本文为研究1 MeV电子辐照倒置四结(IMM4J)太阳电池InGaAs(1.0 eV)和InGaAs(0.7 eV)关键子电池的退火效应,将辐照后的两种子电池在60—180℃温度范围累计退火180 min,并对不同退火温度、退火时间下的两种子电池进行了光IV测试、暗IV测试和光谱响应测试.实验结果表明两种子电池的开路电压Voc、短路电流Isc和最大输出功率Pmax随着退火时间的延长逐渐恢复,温度越高,恢复程度越大.在相同的退火条件下,InGaAs(1.0 eV)子电池的恢复程度比InGaAs(0.7 eV)子电池小.本文通过对暗特性曲线进行双指数模型拟合,得到不同退火条件下两种子电池的串联电阻Rs、并联电阻Rsh、扩散电流Is1、复合电流Is2.结果表明在退火过程中两种子电池的Rsh逐渐增大,Rs,Is1和Is2逐渐减小.温度越高,退火时间越长,恢复程度越大.在退火60 min后两种子电池的Voc,Isc和Pmax恢复程度均可达到整体恢复程度的85%以上.InGaAs(1.0 eV)子电池的Is1和Is2的恢复程度远大于InGaAs(0.7 eV).本文建立了短路电流密度Jsc和缺陷浓度N的等效模型,以此计算得到InGaAs(1.0 eV)和InGaAs(0.7 eV)两种子电池的热退火激活能分别为0.38 eV和0.26 eV.

GaInP/GaAs太阳电池的柔性封装及稳定性

柔性Ⅲ-Ⅴ薄膜太阳电池通常被作为空间电源在航天器上使用,而在实际应用中适宜的封装材料可以保护电池免受水分、氧化、污染物等环境因素的影响.因此,探究合适的柔性封装方案和电池性能的长期稳定性至关重要.本文利用电阻焊方法将制备好的柔性双结GaInP/GaAs太阳电池进行焊接,之后采用具有高透光性的薄膜材料和热熔胶与柔性电池进行层压封装并研究了其在恶劣储存条件下的性能稳定性和环境耐受性.研究结果表明,柔性封装太阳电池在1000 h以上的温度为85℃,相对湿度85%(85℃/85%RH)的湿热试验以及108次温度范围为-60℃-75℃的冷热循环老化试验后仍然保持了很好的稳定性,表明封装工艺对柔性太阳电池具有较好的保护作用.此外,基于二极管模型的电学仿真结果表明,柔性封装后电池性能的改变是由于载流子复合增强,从而降低了开路电压.

GaAs基Ⅲ-Ⅴ族多结太阳电池技术研究进展

GaAs太阳电池由于其性能优越,成为了光伏领域的发展重点。简单介绍了GaAs基Ⅲ-Ⅴ族多结太阳电池的应用和研究进展,并对其发展趋势进行了展望。

一种国产GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的电子辐照特性

对一种国产GalnP/GaAs/Ge三结太阳电池进行了1 MeV电子辐照损伤研究,分析和讨论了不同注量电池电参数和光谱响应的衰降规律。实验结果表明,这种电池不但有很高的初始效率,而且有好的抗辐射性,电子注量达到1×1015cm-2时,最大输出功率为辐照前的80．4%。辐照后GalnP顶电池几乎不发生退化,而GaAs中间电池短路电流严重退化,致使GalnP顶电池与GaAs中间电池电流失配,是GalnP/GaAs/Ge电池性能退化的主要原因。

用于GaInP/GaAs双结叠层太阳电池的MOVPE外延材料

采用金属有机化合物气相淀积(MOVPE)技术生长用于GaInP/GaAs双结叠层太阳电池的外延材料。针对材料生长中的隧穿结、p-AlInP层等关键问题,通过对掺杂剂、生长技术及条件的调整与改进,极大地提高了GaInP/GaAs双结叠层太阳电池性能,最高转换效率达到23.8%(AMO,25℃)。

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应及加固技术研究进展

文章首先重点介绍了国内外开展GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的电子、质子及其他辐射粒子或射线辐照实验的研究进展,然后从辐照损伤效应的仿真模拟研究、抗辐射加固技术、损伤预估方法等方面综述了GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应及加固技术的研究进展,最后梳理了当前GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应研究中亟待解决的关键技术问题,为深入开展GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应实验方法标准制定、损伤机理分析、在轨寿命预估及抗辐射加固技术研究提供了理论指导和实验技术支持。

GaAs基多结太阳电池TiO_2/Al_2O_3/SiO_2减反射膜的设计与制备

宽光谱低反射率减反射膜对提高GaAs基多结太阳电池的光电转换效率至关重要。设计和制备了宽光谱TiO_2/Al_2O_3/SiO_2三层减反射膜。理论研究发现,当TiO_2/Al_2O_3/SiO_2三层减反射膜最佳物理厚度为41.74 nm/78.74 nm/94.98 nm时,在350~1 800 nm宽光谱范围内获得最小有效反射率为2.85%。依据理论设计,采用真空电子束蒸发法制备了相应厚度的TiO_2/Al_2O_3/SiO_2三层减反射膜,分光光度计测试结果表明,在350~1 800 nm宽光谱范围内,有效反射率为7.21%,且在485 nm和850 nm波长附近获得反射率极小值4.39%和2.16%。

GaAs基高效多结太阳电池研究进展

随着半导体太阳电池制备工艺的发展,基于GaAs的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体电池光电转换效率不断提高,是目前世界上最具竞争力的新一代太阳电池,成为空间太阳电池领域的研究热点。文章详细评述了GaAs基系双结、三结及三结以上太阳电池的研究历程与最新技术发展现状,并对它的发展前景进行了展望。

三结GaAs太阳电池连续激光辐照累积效应

开展了三结GaAs太阳电池1.1μm连续激光辐照效应实验,获取了太阳电池损伤温度范围,据此将效应结果分3个温度区间分别分析。结合太阳电池耦合特性测量结果,设计并开展了相同辐照功率密度不同辐照时间及相同温度历程不同辐照次数累积效应实验。实验结果表明:当最高温度低于490℃时,太阳电池不会发生明显损伤;当最高温度超过490℃时,太阳电池激光辐照有明显的累积效应,增加辐照次数会加重太阳电池损伤程度;若最高温度为490~660℃时,随着辐照次数增加,太阳电池性能逐渐降低直至趋于一个定值;若最高温度超过660℃,随着辐照次数增加,太阳电池性能逐渐降低直至接近完全失效。

激光诱导三结GaAs太阳电池量子效率异常响应现象与机理

通过对三结太阳电池进行激光辐照实验,研究了激光辐照引起三结砷化镓(GaAs)太阳电池量子效率谱的变化情况。在功率密度为11.1 W·cm^(-2),波长为808nm的激光辐照后,发现顶电池量子效率在吸收波段内降为0,而在吸收波段外出现了量子效率约为10%的异常响应。测量辐照后样品AM0光辐照下的I-V曲线发现,短路电流出现了较为明显的增加。根据量子效率测量原理分析认为,激光诱导的顶电池(限流层)限流失效是导致其吸收波段外量子效率异常增加的主要原因。

电子辐照GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池少子寿命的变化

为研究电子辐照空间太阳电池的损伤机制,对电子辐照GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池进行了光致发光谱测量,分析了GaInP顶电池及GaAs中间电池发光强度随电子注量的变化规律。利用辐射效率关系对归一化发光强度随电子辐照注量的变化进行了拟合,分别得到了GaInP顶电池及GaAs中间电池在不同辐照条件下的少子非辐射复合寿命τnr,通过对比辐照前后少子非辐射复合寿命的衰降变化,发现GaInP顶电池的抗辐照性能优于GaAs中间电池。

多结GaAs太阳电池技术参数和性能指标简介

韩国WEC2013世界能源大会上，意大利CESIS．p．A公司CEO Matteo Codazzi向万众生能源科技董事长康健全面介绍了高效多结太阳电池技术性能和应用前景，希望到中国设立研发中心和投资建厂，为中国卫星和地面太阳能发电提供高效（39％～42％）太阳电池。

四结太阳电池I-V测试用滤光片设计

四结砷化镓太阳电池是未来空间太阳电池发展方向之一。为了满足四结砷化镓太阳电池I-V测试的需求,基于光学滤波片滤波原理,针对四个子电池的光谱响应波段,分别设计了带通和带阻滤光片,并从制备工艺的角度对滤光片的设计进行了讨论。

用于四结太阳电池的多对TiO_2/SiO_2减反膜系的研究

随着GaInP/GaInAs/GaInNAs/Ge四结太阳电池的快速发展,设计并镀制可与四结太阳电池更加匹配的光学减反膜系变得尤为重要。实验中通过TFCale软件理论模拟了3对TiO2/SiO2（6层）减反膜系,其中理论模拟膜系与实际镀制膜系反射率曲线重合性良好。实际制备并讨论了离子源功率、薄膜物理厚度等参数对减反膜系反射率的影响。发现得到优异反射率的关键在于对第二层SiO2薄膜物理厚度的控制,尤其是在400-1 000 nm波段内。实验中制备的3对TiO2/SiO2（6层）减反膜系在280-1 400 nm波段内其反射率均小于10%,特别是在影响四结太阳电池限流结的Ga In As/Ga In NAs两结波段（670-900 nm/900-1 100 nm）内,其反射率均在5%以下。

高效四结砷化镓太阳电池设计与在轨性能分析

对一种新型反向生长工艺四结砷化镓太阳电池(IMM四结电池)开展了设计和在轨性能试验分析。该电池所用半导体材料的禁带宽度分别为1.9、1.4、1.0、0.7 eV,材料特性的变化改善了4个P-N结与AM0太阳光谱的匹配关系。文章介绍了该电池在提高光电转换效率方面的结构和工艺设计,通过实施在轨真实应用环境试验,全面系统获取四结砷化镓太阳电池在轨运行期间的遥测数据并进行分析处理,结果显示电池开路电压3.321 V,短路电流密度15.76 mA/cm2,实际在轨转换效率在34.44%～34.79%之间,各项关键性能指标相较于三结砷化镓太阳电池有大幅度提高。