质子辐照与电子辐照对空间GaAs/Ge太阳电池性能影响比较

利用地面实验室加速器提供的离子束模拟空间质子、电子辐射,分别对空间实用GaAs/Ge太阳电池进行不同注量的辐照,并跟踪测试其电性能变化和深能级瞬态谱,研究这种太阳电池的电性能参数随质子、电子辐照注量的变化关系,得到质子、电子辐射效应及两者辐射效应的联系规律.结果表明:引起电池性能参数衰降相同时,1 MeV电子辐照注量比10 MeV质子的通常要大3个量级,质子辐照与电子辐照使电池性能参数Pmax下降了25%时,辐照注量有近似关系Φ1 MeV(e)≈2 500×Φ10 MeV(p).10 MeV,3×1012cm-2质子辐照在电池材料中引入Ec-0.18 eV和Ec-0.65 eV深能级,1 MeV,1×1015cm-2电子辐照在电池材料中引入Ec-0.12 eV和Ec-0.18 eV深能级,电子、质子辐照产生的损伤缺陷不尽相同.

国产GaAs/Ge太阳电池在轨行为评价

研究了电子和质子辐照下国产GaAs/Ge太阳电池电学性能退化规律。结果表明:小于200keV质子辐照下国内外GaAs/Ge电池等效损伤系数明显不同,原因是国内外太阳电池结构参数的不同引起的。高能质子和电子辐照下,国内外电池等效损伤系数结果相近,和电池结构关系不大,这是由于高能质子和能够造成电池位移损伤的电子更容易穿透电池,在电池中产生均匀损伤。通过计算透过防护盖片后的带电粒子能谱对JPL(Jet Propulsion Labo-ratory)的等效注量法进行了改进,在地球同步轨道环境下评价了国产GaAs/Ge太阳电池的在轨行为。

空间实用GaAs/Ge太阳电池高能质子辐射效应研究

用能量为5—20MeV,注量为1×109—7×1013 cm-2的高能质子对空间实用GaAs/Ge太阳电池进行辐照,得到了其性能随质子能量和注量的变化关系,并进行了微观机理的讨论。研究结果表明,注量低于1×109 cm-2的质子辐照不会引起太阳电池性能的变化; 注量高于1×109 cm-2辐照,会引起太阳电池性能的改变。当注量为3×1012 cm-2时,5、10、20 MeV质子辐照引起太阳电池性能参数Isc衰降变化分别是原值的80%、86%、90%;Voc衰降变化分别为原值的82%、85%、88%;Pmax衰降的变化分别为原值的60%、64%、67%。当辐照注量为5×1013 cm-2时,5、10、20 MeV质子辐照引起Pmax衰降的变化分别为原值的26%、30%、36%。即随着注量的增加,太阳电池性能衰降增大;且相同注量的辐照,质子能量愈高,太阳电池性能衰降愈小。这与质子在电池材料中的能量损失和辐照引入的深能级Ec-0.41eV有关。

5～20 MeV高能质子辐照对空间实用GaAs/Ge太阳电池性能的影响

用能量为 5～ 2 0MeV ,注量为 1× 10 9～ 7× 10 13 cm- 2 的高能质子对空间实用GaAs/Ge太阳电池进行辐照 ,得到了其性能随质子能量和注量的变化关系 ,并对变化关系进行了能损模拟分析 .结果表明 :注量低于 1× 10 9cm- 2 的质子辐照不会引起太阳电池性能的变化 ;当注量增加为3× 10 12 cm- 2 时 ,5 ,10 ,2 0MeV质子辐照引起的太阳电池性能参数Isc的衰降变化分别是原值的80 % ,86 % ,90 % ;Voc的衰降变化分别为原值的 82 % ,85 % ,88% ;Pmax的衰降变化分别为原值的6 0 % ,6 4 % ,6 7% .当辐照注量为 5× 10 13 cm- 2 时 ,5 ,10 ,2 0MeV质子辐照引起的Pmax衰降变化分别为原值的 2 6 % ,30 % ,36 % .即随着注量的增加 ,太阳电池性能衰降增大 ;且相同注量的辐照 ,质子能量愈高 ,太阳电池性能衰降愈小 .

GaAs/Ge太阳电池异常I-V特性曲线分析

分析了GaAs/Ge单结太阳电池研制中两种异常I-V特性曲线出现的主要原因:GaAs/Ge界面的相互扩散,形成附加结或附加势垒;并获得与实验有很好吻合的计算模拟结果,进一步证实了理论分析.此外,在上述分析的指导下,通过降低生长温度和优化成核条件,成功获得了效率为20.95%(AM0,25℃,2cm× 4cm)的GaAs/Ge太阳电池.

GaAs/Ge太阳电池电子辐射效应的移位损伤剂量分析

引入移位损伤剂量,对国产空间用GaAs/Ge太阳电池电子的辐射效应进行研究分析。首先计算电子在电池中的非电离能损(non-ionizing energy loss,NIEL)值,再用其与电子辐射注量的相乘,得到相应的移位损伤剂量(displacement damage dose,Dd),并对不同能量电子辐射下GaAs/Ge太阳电池最大输出功率Pmax随Dd的衰降曲线进行修正。分析结果表明:用Dd代替辐射注量,可使不同能量电子辐射引起的GaAs/Ge太阳电池Pmax的衰降能用单一曲线来描述。由此,通过NIEL值的计算和相对少的电子实验数据,就可确定太阳电池Pmax的衰降曲线,能够方便地预测在轨任务太阳电池的工作寿命。

质子辐射下GaAs/Ge太阳电池的性能退化

对GaAs/Ge太阳电池进行了质子辐射实验。质子辐射的能量为70～170keV,辐射的剂量为1×109～3×1012cm-2。研究结果表明,GaAs/Ge太阳电池具有一定的抗辐射性能;能量小于200keV的质子辐射中,质子辐射能量相同条件下,随辐射剂量的增加,电池性能参数短路电流Isc、开路电压Uoc、最大功率Pm和填充因子FF衰降增大;质子辐射剂量相同条件下,辐射能量越高,太阳电池性能衰降越大;在所有测试参数中,最大功率Pm的退化最为明显。

GaAs/Ge太阳电池抗电子辐射研究

锗砷化镓(GaAs/Ge)太阳电池抗电子辐射试验研究是高性能航天应用太阳能电源的基础研究项目。对这种电池进行了1×1013e/cm2 、1×1014e/cm2 、6×1014e/cm2 、1×1015e/cm2、1.69×1015e/cm2 等辐射总量的试验。在1×1015e/cm2辐射下,开路电压、短路电流和转换效率分别衰减了9.27%、11.25%和19.35%。电子辐射后,电池在长波长方光谱响应衰降较多,电池深能级瞬态谱分析表明带隙中引入了0.42 eV、0.43 eV的深能级。为提高电池的耐辐射性能,要改进电池制作工艺,提高电池各半导体层均匀性,减小电池结深和减小电池有效部分的厚度。

GaAs/Ge太阳电池组件无光照检测方法研究

分析了GaAs/Ge太阳电池在组合和测试方面存在的问题,阐述了GaAs/Ge太阳电池组件进行无光照检测的必要性。通过测试原理分析和试验确定了GaAs/Ge太阳电池组件无光照测试方案,并将测试结果和太阳模拟器(1 Sun,25℃)条件下测试结果进行对比分析,实践表明该方法具有简单、快捷、准确的特点。

0.5MeV质子对玻璃盖片未完全覆盖GaAs/Ge太阳电池的影响

用注量为 1.2× 10 12 ～ 1.2× 10 13 cm-2 的低能量 (0 .5 Me V)质子辐照空间实用 Ga As/ Ge太阳电池 ,电池被覆盖有 4种情况 :10 0 %玻璃覆盖 ,5 %部分无玻璃覆盖有封胶 ,5 %部分无玻璃覆盖无封胶 ,10 0 %无玻璃覆盖 .研究表明 ,电池性能衰降随着质子辐照注量的增加而增大 ,但性能参数 Isc和 Uoc衰降程度 4种覆盖情况是不同的 :10 0 %覆盖 ,电池性能衰降最弱 ;5 %部分无玻璃覆盖有封胶 ,性能衰降较弱 ;5 %部分无玻璃覆盖无封胶 ,衰降较强 ;10 0 %无覆盖性能衰降最大 .研究还表明 ,相同的质子辐照注量引起的 Isc衰降变化比 Uoc变化显著 ;未覆盖部分仅占 5 % ,也会引起电池性能明显衰降 .

1MeV电子辐照GaAs/Ge太阳电池变温光致发光研究

对1 MeV电子辐照GaAs/Ge太阳电池在30~290K温度范围进行了变温光致发光光谱测量,分析了辐照电池样品的发光峰位、发光强度随温度的变化.并用Arrhenius方程对发光强度随温度的变化进行拟合,得出了辐照太阳电池的非辐射复合中心分别为H2（EV＋0.41eV）和H3（EV＋0.71eV）.

空间用GaAs/Ge太阳电池器件工艺研究

报道了对GaAs/Ge太阳电池器件工艺的研究结果。采用细栅厚电极正胶剥离技术制备细栅厚电极 ,栅线宽度小于 15 μm ,厚度在 5 μm以上 ;采用NH4 OH/H2 O2 选择性腐蚀液体系去除GaAs帽子层 ;采用真空蒸发制备TiO2 /SiO2 双层减反射膜 ,电流密度增益可达 2 5 %以上 ;研制出平均效率达到 19% (AM0 ,1s,2 5℃ )以上的GaAs/Ge太阳电池。

碳离子辐射对空间GaAs/Ge太阳电池性能影响的研究

利用2×1.7 MV串列静电加速器提供的碳(C)离子束模拟空间环境辐射,对空间GaAs/Ge太阳电池用注量为3.1×109—6.9×1012 cm-2的2 MeV C离子进行辐照。通过I-V特性和光谱响应测试,研究分析了GaAs/Ge太阳电池的C离子辐射效应。结果表明:随着C离子辐照注量的增加,GaAs/Ge太阳电池电性能参数Isc、Voc和Pmax衰降增大,其中Pmax衰降最大,Isc次之,Voc最小。该衰降规律和质子辐照的衰降规律相似。但使GaAs/Ge太阳电池的Pmax衰降到原值的50%,用C离子辐照所需注量要比相同射程的质子辐照小两个量级。在低注量辐照时,光谱响应衰降主要发生在长波范围;而注量大于3.1×1010 cm-2时,则发生明显的长、短波整个波段的光谱响应衰降;当注量增大到2.3×1011 cm-2以上,光谱响应基本消失。

高温处理工艺对低压MOCVD外延GaAs/Ge太阳电池的影响

采用自制的低压金属有机化学汽相淀积LP MOCVD设备 ,在Ge衬底 (10 0 )面向 (111)偏9°外延生长出GaAs电池结构 ,对电池材料进行了X射线衍射分析 另外 ,对由此材料制成的太阳电池进行了性能测试 ,测试结果表明 ,Ge衬底的高温处理工艺对GaAs/Ge太阳电池的电流电压特性有一定的影响 试验表明 ,在 6 0 0～ 70 0℃之间高温处理效果较好 。

空间实用背场Si太阳电池和GaAs/Ge太阳电池性能随质子辐照注量变化的比较

研究了空间实用背场 Si太阳电池和 Ga As/ Ge太阳电池性能随质子辐照注量 1× 10 9～ 5× 10 1 3cm- 2 的变化 .实验表明 ,两种太阳电池的电性能随辐照注量增加有不同的衰降趋势 .背场 Si太阳电池性能参数 Isc、Voc和 Pmax衰降变化快 ,辐照注量为 2× 10 1 0 cm- 2时 ,Pmax就已衰降为原值的 75 % ;而 Ga As/ Ge电池对应相同的衰降辐照注量达 8× 10 1 1 cm- 2 ,且其 Isc、 Voc和 Pmax衰降变化起初缓慢 ,当辐照注量接近 3× 10 1 2 cm- 2 时才迅速下降 .背场 Si电池和 Ga As/ Ge电池性能衰降分别与质子辐照引入的 Ev+0 .14 e V及 Ev+0 .4 3e V和 Ec- 0 .4 1e

空间GaAs/Ge太阳电池电学性能仿真与优化机理研究

以国产GaAs/Ge太阳电池AM0光谱辐照下的电学参数为基础,使用silvaco TCAD构建物理模型,研究太阳电池工作区厚度和掺杂浓度对电池电学参数的影响规律,旨在揭示空间太阳电池的结构参数影响电学性能的内在物理机制.结果表明,太阳电池外量子效率随发射区厚度的增加而逐渐降低,随基区厚度的增加先增高而后降低,发射区厚度的改变主要影响短波太阳光的吸收,而基区厚度的改变主要影响长波太阳光的吸收.短路电流随发射区厚度的增加而减小,随基区厚度的增加先增大而后略有减小,这主要是电池的外量子效率变化决定的.随发射区或者基区掺杂浓度的增高开路电压逐渐增高,而短路电流逐渐减小.随太阳电池结构参数的改变最大功率的变化都主要取决于短路电流的显著变化.

电子辐照下GaAs/Ge太阳电池性能退化机制

通过空间带电粒子辐照地面等效模拟实验得到1 Me V和1.8 Me V电子辐照下GaAs/Ge太阳电池电学性能退化规律。根据太阳电池电学参数退化模型,对太阳电池短路电流退化曲线进行非线性分析,建立空间GaAs/Ge太阳电池少数载流子扩散长度损伤系数随入射电子能量变化的基本规律。结果表明,少数载流子扩散长度损伤系数随入射电子能量的增高而增大,这与短路电流退化幅度随电子能量变化规律一致。

GaInP/GaAs/Ge太阳电池发展现状

作为航天飞行器能源的GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池在太空环境运行时不仅受到光辐照,同时会受到各种能量的质子、电子等粒子的辐照,导致电池的电学性能发生衰退.太阳电池空间粒子辐照损伤机理及在轨性能退化预测成为目前研究的重点.

空间GaAs/Ge太阳电池电学性能的数值模拟

使用太阳电池模拟程序AFORS-HET拟合空间GaAs/Ge太阳电池的电学参数,以期为进一步研究空间太阳电池的辐照损伤效应开辟新途径.根据GaAs/Ge太阳电池的基本参数建立太阳电池基本模型,对照程序文件格式要求制作空间AM0标准太阳光谱和GaAs材料的吸收系数文件.数值模拟结果表明,模拟结果与实验数据符合,AFORS-HET程序能够很好地表征空间GaAs/Ge太阳电池内部载流子输运的基本性质.

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。