高效三結(jié)GaAs太陽電池輻照損傷效應(yīng)研究及仿真分析.pdf

1、三結(jié)砷化鎵太陽電池工藝和結(jié)構(gòu)優(yōu)化使其效率可達30％以上，將成為空間太陽電池服役的主要產(chǎn)品。本文將利用空間環(huán)境地面模擬裝置以及相關(guān)太陽電池分析技術(shù)，對比研究在空間電子和質(zhì)子輻照條件下兩類高效電池的電性能退化規(guī)律，通過光譜響應(yīng)，光致發(fā)光光譜和時間分辨熒光光譜分析了其損傷機理。以此實驗為基礎(chǔ)，利用PC1D軟件模擬三節(jié)砷化鎵太陽電池電性能行為，為太陽電池結(jié)構(gòu)設(shè)計及工藝優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。
　　研究結(jié)果表明，1MeV電子輻照對三結(jié)電池造成均勻

2、輻照損傷，其中中結(jié)GaAs子電池的電性能退化更為顯著，成為三結(jié)電池輸出性能的控制子電池。質(zhì)子輻照較高能電子輻照損傷更為顯著，且由于低能質(zhì)子射程不同，70keV質(zhì)子輻照只引起頂電池的位移損傷和性能退化，而150keV質(zhì)子輻照則同時導(dǎo)致頂電池和中電池的損傷，使三結(jié)電池的性能退化更顯著。論文研究中建立了11BP734和12GPB型三結(jié)電池電性能隨輻照注量的退化方程。通過光譜響應(yīng)測量和仿真分析表明，在所研究的兩類電池中，12GPB電池由于其在結(jié)

3、構(gòu)上頂電池和中電池較薄，且在頂電池和中電池的底部設(shè)計制備了背反射層，其具有更高的效率和抗輻射性能。
　　高能電子和質(zhì)子輻照在其射程范圍內(nèi)產(chǎn)生位移損傷，降低了電池的量子效率和熒光發(fā)射率。低能質(zhì)子輻照時位移損傷效應(yīng)更強烈，使得其量子效率和熒光發(fā)射率下降更顯著。時間分辨及靜態(tài)熒光光譜分析表明，粒子輻照位移損傷導(dǎo)致少數(shù)載流子壽命下降。利用時間分辨及靜態(tài)熒光光譜計算了11BP734和12GPB型兩類電池的少數(shù)載流子壽命衰減系數(shù)，發(fā)現(xiàn)12GP

4、B電池的少子壽命衰減較小，表明12GPB電池工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計使其具有較好的抗輻射損傷性能。
　　基于上述實驗結(jié)果并利用PC1D軟件，通過調(diào)整少子壽命建立了電池在原始狀態(tài)、均勻損傷狀態(tài)和非均勻損傷狀態(tài)的太陽電池模型。結(jié)果表明，少子壽命的降低會引起能帶結(jié)構(gòu)和電池內(nèi)部電流的變化，進而引起宏觀電性能的改變。對于三結(jié)電池，利用電路仿真模擬將各子結(jié)連接起來，得到在不同少數(shù)載流子壽命條件下三結(jié)電池的I-V曲線。因此通過 PC1D軟件和電路分析，將