带电粒子辐照带盖片GaAs/Ge太阳电池性能退化规律及机理

论文摘要

本论文通过地面模拟空间环境实验,研究了质子、电子、质子加电子综合辐照对航天器上带盖片的GaAs/Ge太阳电池的辐照损伤效应,并通过暗特性分析,光照下伏安特性分析,揭示了辐照后太阳电池电性能参数的变化规律;利用光谱响应、光学反射率等测试手段研究了带盖片的GaAs/Ge太阳电池辐照前后微观结构和性能的变化,分析了不同辐照类型与不同粒子注量对GaAs/Ge太阳电池的损伤规律与导致性能退化的原因。SRIM和CASINO对GaAs/Ge太阳电池模拟结果表明:170keV的电子在电池中的入射深度达到了基区;1MeV电子穿透了整个电池,高能量剩余区在结区和衬底。电子入射深度远大于同能量质子,随着能量增加,入射深度增加,对电池的损伤增大。研究结果表明:170keV电子入射到PN结区,对电池的影响主要是电离效应。随着注量增加,低能电子辐照对盖片反射率影响不大,使光谱响应的短波段较明显衰降,电性能参数的总体衰减趋势为Pmax>Isc>Voc>FF。低能电子电离效应损伤主要是在窗口层和发射区(P区)。1MeV电子穿透整个电池,其对电池的损伤是电离加位移作用,它对电池电性能衰降,按严重程度排列依次是Pmax>Isc>FF>Voc。电子辐照后电池室温放置一段时间后发生退火效应,性能回复。暗特性研究结果表明:不同类型不同注量的辐照均使GaAs/Ge太阳电池串联电阻Rs增加和并联电阻Rsh减小;能量越高,注量越大,则作用程度越大。低能综合辐照的协同效应对电池电性能,玻璃盖片反射率,量子效率的影响整体表现为相互减弱。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 空间环境
• 1.2.1 真空环境
• 1.2.2 微陨石和空间碎片环境
• 1.2.3 空间带电粒子环境
• 1.3 空间粒子对物质作用
• 1.3.1 空间粒子辐射对物质的作用方式
• 1.3.2 相互作用对穿透过程的影响
• 1.4 带电粒子辐照效应计算机辅助模拟
• 1.4.1 SRIM程序
• 1.4.2 CASINO程序
• 1.5 太阳能电池基本原理
• 1.6 空间用GaAs太阳电池的发展
• 1.7 GaAs太阳能电池辐照效应的研究
• 1.8 本文研究内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 GaAs/Ge太阳电池的制备方法
• 2.3 GaAs/Ge电池结构设计
• 2.3.1 选用Ge衬底
• 2.3.2 Ge衬底上外延缓冲层
• 2.3.3 砷化镓太阳电池结深设计
• 2.3.4 窗口层薄层设计
• 2.3.5 蒸镀减反膜
• 2.4 粒子辐照试验设备
• 2.5 实验设计及安排
• 2.5.1 原位测量装置及测试
• 2.5.2 质子与电子辐照实验安排
• 2.6 太阳电池微观结构及光学性能测试
• 第3章 辐照后GaAs/Ge太阳电池光伏性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 电子辐照对GaAs/Ge太阳电池光伏性能影响
• 3.2.1 170keV电子辐照电池光伏性能影响
• 3.2.2 1MeV电子辐照对电池光伏性能影响
• 3.3 低能质子辐照对GaAs/Ge太阳电池光伏性能影响
• 3.4 综合辐照对GaAs/Ge太阳电池光伏性能影响
• 3.5 辐照类型对GaAs/Ge太阳电池光伏性能参数影响比较
• 3.6 电子辐照GaAs/Ge太阳电池光伏性能室温退火效应
• 3.7 本章小结
• 第4章 辐照后GaAs/Ge太阳电池暗特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 暗特性及其拟合方法
• 4.2.1 太阳电池模型
• 4.2.2 暗特性来源
• 4.2.3 暗特性曲线及其拟合方法
• 4.3 低能质子辐照对GaAs/Ge太阳电池暗特性的影响
• 4.3.1 质子辐照模拟
• 4.3.2 低能质子辐照电池暗特性曲线拟合
• 4.4 电子辐照对GaAs/Ge太阳电池暗特性的影响
• 4.4.1 电子辐照模拟
• 4.4.2 电子辐照太阳电池暗特性拟合
• 4.5 综合辐照对GaAs/Ge太阳电池暗特性影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 辐照GaAs/Ge电池微观性能及机理研究
• 5.1 引言
• 5.2 光谱响应测试分析
• 5.2.1 电子辐照对光谱响应的影响
• 5.2.2 质子辐照对光谱响应影响
• 5.2.3 综合辐照对光谱响应影响
• 5.3 反射率测试分析
• 5.4 带盖片太阳电池辐照效应及损伤机理
• 5.4.1 空间粒子对玻璃盖片辐照效应及机理
• 5.4.2 质子电子对太阳电池的辐照效应
• 5.4.3 电性能辐照损伤理论基础
• 5.4.4 电池电性能参数损伤探究
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢