Effects of 50keV and 100keV Proton Irradiation on GaInP/GaAs/Ge Triple-Junction Solar Cells

GaInP/GaAs/Ge triple-junction solar cells were irradiated with 50 keV and 100 keV protons at fluences of 5 × 10^10 cm^-2, 1 × 10^11 cm^-2,1 × 10^12 cm^-2, and 1 × 10^13 cm^-2. Their performance degradation is analyzed using current-voltage characteristics and spectral response measurements, and then the changes in Isc, Voc, Pmax and the spectral response of the cells are observed as functions of proton irradiation fluence and energy. The results show that the spectral response of the top cell degrades more significantly than that of the middle cell, and 100 keV proton-induced degradation rates of Isc, Voc and Pmax are larger compared with 50 keV proton irradiation.

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。

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.

国产高效GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的低能质子辐射效应

运用2×1.7MV串列静电加速器提供的质子束,对MOCVD方法制备的GaInP/GaAs/Ge三结电池进行低能质子辐射效应研究.选质子能量为0.28,0.62和2.80MeV,辐照注量为1×1010,1×1011,1×1012和1×1013cm-2.对电池的辐射效应用I-V特性和光谱响应测试进行分析.研究结果表明:随辐照注量的增加,太阳电池性能参数Isc,Voc和Pmax的衰降幅度均增大;但随质子辐照能量的增加,Isc,Voc和Pmax的衰降幅度均减小.实验中0.28MeV质子辐照引起电池Isc,Voc,Pmax衰降最显著,三结电池中光谱响应衰降最明显的是中间GaAs电池.

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

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。

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 .

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。

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/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。

50-170keV质子照射对GaAs／Ge太阳能电池光谱响应的影响

用固定能量(100 keV)不同注量(1×10^(11)-3×10^(12)cm^(-2))或固定注量(3×10^(12)cm^(-2))不同能量(50-170 keV)的质子,照射GaAs/Ge太阳电池,获得材料的光谱响应特性随质子能量和注量的变化关系。结果表明,质子辐照对材料的光学性能有破坏性的影响。这种破坏性源于质子辐照引入的大量缺陷,使品格空间的完整性受到破坏,导致少子的扩散长度降低、表面复合速度增加。在质子能量相同的条件下,电池光学性能衰降随照射注量增大;在注量相同的条件下,辐射能量越高,太阳电池光学性能衰降越大。

0．28-2．80MeV质子辐射对空间实用GaInP／GaAs／Ge多结太阳电池性能的影响

用0.28、0.62和2.80 MeV质子束模拟空间辐射对国产MOCVD方法制备的GaInP/GaAs/Ge多结电池进行质子辐射效应研究。辐照注量为1×10^(12)cm^(-2)。对电池的辐射效应用I-V特性和光谱响应测试进行分析。结果表明:随质子辐照能量的增加,太阳电池性能参数I_(sc),V_(oc),p_(max)和光谱响应的衰降幅度均减小,0.28MeV质子辐照引起电池性能衰降最显著;低能质子辐照引起中间GaAs电池光谱响应衰降更明显。

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 .

质子辐照下三结GaAs太阳电池性能衰退分析

在构建三结GaAs太阳电池模型的基础上,模拟分析不同能量质子辐照下中电池GaAs的性能衰退,对三结GaAs电池在轨服役评估具有重要意义。结合质子与电池靶材发生的相互作用,建立一种将微观损伤机理与宏观电池性能变化相结合的电池辐照损伤评价方法。结果表明,在三结GaAs太阳电池中,40 keV能量的质子辐照对中电池的影响最小;100和150 keV能量的质子辐照主要对中电池基区造成影响,导致电池性能一定程度上的衰退;70 keV能量的质子辐照对于中电池结区的影响最大,从而导致量子效率QE和并联电阻Rsh的变化最为明显。

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）.

电子辐照GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池短路电流退化机制研究

应用PC1D程序拟合1 Me V电子辐照后Ga In P/Ga As/Ge太阳电池的光谱响应得到少数载流子扩散长度随辐照电子注量的变化关系.结果表明:少数载流子(少子)扩散长度随辐照电子注量增加而减小,少数载流子扩散长度的缩短是太阳电池短路电流退化的主要原因.

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池不同能量质子辐照损伤模拟

以GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池为研究对象,开展了能量为0.7, 1, 3, 5, 10 MeV的质子辐照损伤模拟研究,建立了三结太阳电池结构模型和不同能量质子辐照模型,获得了不同质子辐照条件下的I-V曲线,光谱响应曲线,结合已有实验结果验证了本文模拟结果,分析了三结太阳电池短路电流、开路电压、最大功率、光谱响应随质子能量的变化规律,利用不同辐照条件下三结太阳电池最大输出功率退化结果,拟合得到了三结太阳电池最大输出功率随位移损伤剂量的退化曲线.研究结果表明,质子辐照会在三结太阳电池中引入位移损伤缺陷,使得少数载流子扩散长度退化幅度随质子能量的减小而增大,从而导致三结太阳电池相关电学参数的退化随质子能量的减小而增大.相同辐照条件下,中电池光谱响应退化幅度远大于顶电池光谱响应退化幅度,中电池抗辐照性能较差,同时中电池长波范围内光谱响应的退化幅度比短波范围更大,表明中电池相关电学参数的退化主要来源于基区损伤.