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

1、本文通過空間帶電粒子輻照地面等效模擬試驗(yàn)，研究了國(guó)產(chǎn) GaAs/Ge單結(jié)太陽(yáng)電池和 GaInP/GaAs/Ge三結(jié)太陽(yáng)電池的電學(xué)性能演化規(guī)律和輻照損傷機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，對(duì) GaAs/Ge單結(jié)太陽(yáng)電池的在軌性能退化預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了簡(jiǎn)化和改進(jìn)，并將其推廣應(yīng)用于 GaInP/GaAs/Ge三結(jié)太陽(yáng)電池。針對(duì)地球同步軌道環(huán)境條件，預(yù)測(cè)了國(guó)產(chǎn) GaAs/Ge單結(jié)太陽(yáng)電池和 GaInP/GaAs/Ge三結(jié)太陽(yáng)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(yáng)電池的電學(xué)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(shí)，GaAs/Ge電池電學(xué)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(duì) GaAs/Ge太陽(yáng)電池，建立了短路電流和開路電壓退化的數(shù)學(xué)/物理模型。
　　<200keV質(zhì)子輻照下，GaInP/GaAs/Ge三結(jié)電池的電學(xué)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(xué)性能退化幅度相對(duì)較小。4MeV和10MeV質(zhì)子輻照下，電池的電學(xué)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(xué)性能的退化幅度隨電子能量提高而增大。采用光學(xué)深能級(jí)瞬態(tài)譜法分析了三結(jié) GaInP/GaAs/Ge太陽(yáng)電池的深能級(jí)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(jí)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(jí)缺陷主要有 Ec-0.015eV、Ec-0.15eV和Ev+0.33eV。
　　從試驗(yàn)和理論分析兩方面，研究了<200keV質(zhì)子通量對(duì) GaAs/Ge太陽(yáng)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(duì) GaAs/Ge太陽(yáng)電池的輻照損傷效應(yīng)沒有影響，為進(jìn)行空間帶電粒

6、子輻照地面等效模擬加速試驗(yàn)提供了依據(jù)。
　　針對(duì)國(guó)產(chǎn) GaAs/Ge和 GaInP/GaAs/Ge太陽(yáng)電池，建立了不同能量電子和質(zhì)子輻照下太陽(yáng)電池電學(xué)性能退化曲線與動(dòng)力學(xué)方程。在此基礎(chǔ)上，確定了國(guó)產(chǎn)太陽(yáng)電池不同能量粒子注量轉(zhuǎn)換的相對(duì)損傷系數(shù)。通過 Monte-Carlo方法計(jì)算了透過太陽(yáng)電池防護(hù)蓋片的空間帶電粒子能譜及軌道等效注量，簡(jiǎn)化了等效注量法的計(jì)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(duì)國(guó)產(chǎn) GaAs/Ge