GaAs太陽電池空間粒子輻照效應(yīng)及在軌性能退化預(yù)測方法.pdf

1、本文通過空間帶電粒子輻照地面等效模擬試驗，研究了國產(chǎn) GaAs/Ge單結(jié)太陽電池和 GaInP/GaAs/Ge三結(jié)太陽電池的電學性能演化規(guī)律和輻照損傷機理。在此基礎(chǔ)上，對 GaAs/Ge單結(jié)太陽電池的在軌性能退化預(yù)測方法進行了簡化和改進，并將其推廣應(yīng)用于 GaInP/GaAs/Ge三結(jié)太陽電池。針對地球同步軌道環(huán)境條件，預(yù)測了國產(chǎn) GaAs/Ge單結(jié)太陽電池和 GaInP/GaAs/Ge三結(jié)太陽電池的在軌服役行為。
　　研究結(jié)果表

2、明，不同能量質(zhì)子輻照下，GaAs/Ge單結(jié)太陽電池的電學性能退化與電池發(fā)射區(qū)、基區(qū)和空間電荷區(qū)不同程度的損傷密切相關(guān)。70keV質(zhì)子主要造成電池空間電荷區(qū)損傷，導(dǎo)致電池開路電壓明顯退化，40keV質(zhì)子主要造成電池發(fā)射區(qū)損傷，導(dǎo)致電池短路電流顯著降低。大于100keV質(zhì)子輻照下，電池短路電流、開路電壓和最大功率的退化幅度均隨質(zhì)子能量提高逐漸降低。電子輻照注量一定時，GaAs/Ge電池電學性能的退化幅度隨電子能量增加而增大。1MeV電子和1

3、70keV質(zhì)子的輻照次序?qū)﹄姵氐妮椪論p傷效應(yīng)沒有影響。DLTS分析表明，<200keV質(zhì)子輻照在 GaAs/Ge電池中引入的輻照缺陷主要有 Ec-0.31eV和 Ec-0.47eV，且隨質(zhì)子能量的增加，缺陷濃度逐漸降低。在輻照損傷效應(yīng)研究的基礎(chǔ)上，針對 GaAs/Ge太陽電池，建立了短路電流和開路電壓退化的數(shù)學/物理模型。
　　<200keV質(zhì)子輻照下，GaInP/GaAs/Ge三結(jié)電池的電學性能退化與質(zhì)子能量密切相關(guān)。在一定的輻

4、照注量下，170keV質(zhì)子輻照造成電池開路電壓、短路電流和最大功率的退化幅度最大；與之相比，40、100和130keV質(zhì)子輻照引起電池電學性能退化幅度相對較小。4MeV和10MeV質(zhì)子輻照下，電池的電學性能退化幅度隨質(zhì)子能量的增加逐漸減小。在一定的電子注量下，電池電學性能的退化幅度隨電子能量提高而增大。采用光學深能級瞬態(tài)譜法分析了三結(jié) GaInP/GaAs/Ge太陽電池的深能級缺陷。研究結(jié)果表明，<200keV質(zhì)子輻照在 GaInP子電

5、池中引入的深能級缺陷主要有 Ec-0.26eV、Ev+0.18eV和Ev+0.42eV；在 GaAs子電池中產(chǎn)生的深能級缺陷主要有 Ec-0.015eV、Ec-0.15eV和Ev+0.33eV。
　　從試驗和理論分析兩方面，研究了<200keV質(zhì)子通量對 GaAs/Ge太陽電池輻照損傷效應(yīng)的影響。結(jié)果表明，質(zhì)子通量在6×109~1.2×1011cm-2s-1范圍內(nèi)，對 GaAs/Ge太陽電池的輻照損傷效應(yīng)沒有影響，為進行空間帶電粒

6、子輻照地面等效模擬加速試驗提供了依據(jù)。
　　針對國產(chǎn) GaAs/Ge和 GaInP/GaAs/Ge太陽電池，建立了不同能量電子和質(zhì)子輻照下太陽電池電學性能退化曲線與動力學方程。在此基礎(chǔ)上，確定了國產(chǎn)太陽電池不同能量粒子注量轉(zhuǎn)換的相對損傷系數(shù)。通過 Monte-Carlo方法計算了透過太陽電池防護蓋片的空間帶電粒子能譜及軌道等效注量，簡化了等效注量法的計算過程。
　　在低能質(zhì)子輻照損傷效應(yīng)研究的基礎(chǔ)上，針對國產(chǎn) GaAs/Ge