国产空间实用太阳电池抗质子辐射性能研究

研究了国产卫星用背场Ｓｉ太阳电池和ＧａＡｓ／Ｇｅ太阳电池性能随质子辐照注量１×１０９ －５ × １０１３ ｃｍ－２的变化．实验表明,２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太阳电池性能参数短路电流Ｉｓｃ和最大输出功率Ｐｍａｘ衰降变化快,辐照注量为２ × １０１０ｃｍ－２时, Ｐｍａｘ就已衰降为原值的７５％,而ＧａＡｓ／Ｇｅ太阳电池对应相同的衰降辐照注量达８×１０１１ｃｍ－２,且 Ｉｓｃ和Ｐｍａｘ衰降变化起初缓慢,当辐照注量接近３ × １０１２ ｃｍ－２时才迅速下降．背场Ｓｉ太阳电池性能 衰降与质子辐照引入的Ｅｖ＋０．１４ ｅＶ和Ｅｖ＋０．４３ ｅＶ深能级有关,而ＧａＡｓ／Ｇｅ太阳电池性能衰降 与辐照产生的Ｅｃ－０．４１ ｅＶ深能级有关．     

5～20MeV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5～20MeV,注量为1×109～7×1013cm-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1×109cm-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3×1012cm-2时,5,10,20MeV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60%,64%,67%.当辐照注量为5×1013cm-2时,5,10,20MeV质子辐照引起的Pmax衰降变化分别为原值的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.     

多晶硅薄膜太阳电池电子辐照研究

利用静电加速器对多晶硅薄膜太阳电池进行了电子辐照实验。电子能量为1MeV,分别以1014e/cm2、1015e/cm2和1016e/cm2电子辐照注量进行辐照,首次获得了多晶硅薄膜太阳电池在高注量的电子辐照后,性能衰降比晶体硅大的结果。结合太阳电池理论和半导体材料的电子辐照效应给出了合理的解释。     

0.5 MeV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1.2×1012～1.2×1013 cm-2的低能量(0.5 MeV)质子辐照空间实用GaAs/Ge太阳电池,电池被覆盖有4种情况:100%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,100%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I sc和U oc衰降程度4种覆盖情况是不同的:100%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;100%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.     

量子阱GaAs太阳电池性能随质子辐照注量的变化

2MeV,1×109～2×1013 cm-2质子辐照量子阱GaAs太阳电池,用I-V特性和光谱响应测试分析辐射效应.研究表明,随辐照注量增大,电池Isc,Voc,Pmax衰降程度增大,相同的注量,Pmax衰降程度最大.当辐照注量大于3×1012 cm-2时,电池Isc衰降程度比Voc的大,当注量小于3×1012 cm-2时,电池Voc衰降程度比Isc的大,与量子阱结构受到损失有关.在整个波长范围,随辐照注量增加,相对光谱响应的衰降变化增大,在900～1000nm波长范围,2×1013 cm-2质子辐照电池使量子阱光谱响应特性消失.     

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.     

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。     

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).     

非晶硅太阳电池衰降的机制及特征分析

对不同类型的非晶硅电池进行了老化试验,并对性能衰降数据进行了统计、分析、对比和分类,从而归纳出非晶硅太阳电池衰降的基本过程为光诱导效应引起的衰降,非晶硅膜局部薄弱点引起的衰降,环境引起的衰降和扩散引起的衰降。对这些过程的特征进行了分析和讨论.     

基于布拉格反射器的空间用四结砷化镓太阳电池抗辐照性能研究

利用理论计算确定适用于空间四结砷化镓太阳电池的布拉格反射器(DBR),同时借助Macleod软件对引入四结太阳电池的DBR结构进行模拟,并对比分析引入DBR结构的四结太阳电池在1 MeV高能电子辐照前后的电学性能.结果表明,模拟得到由15对Al_(0.1)Ga_(0.9)As/Al_(0.9)Ga_(0.1)As材料组成的DBR在中心波长960 nm处反射率最高且达到98.4%,高反射带宽165 nm,与实验制备的引入该DBR结构的电池最高反射中心波长基本吻合.通过分析辐照前后电学性能,发现引入该DBR结构的电池辐照后各项电学性能衰减幅度小于未引入DBR结构的电池.