带电粒子辐照对玻璃光学性能影响及辐照缺陷EPR分析

论文摘要

本文利用空间环境模拟设备,对太阳电池玻璃盖片进行了低能质子、低能电子、高能电子和综合辐照试验,并通过辐照前后的光谱分析和电子顺磁共振分析揭示了带电粒子辐照玻璃盖片产生的顺磁缺陷特点及缺陷对玻璃盖片性能的影响规律。研究结果表明,在电子辐照时,玻璃盖片的光学透过率降低,在玻璃光学带隙附近形成吸收带,这是由于辐照在材料中形成色心。玻璃盖片经辐照能量为1MeV、注量为7×1015cm-2电子辐照后,在350nm处透过率下降了11%。分析表明色心的浓度随着时间延长呈指数规律单调降低。对辐照玻璃盖片的EPR分析表明高、低能电子辐照玻璃盖片后,玻璃盖片产生了一种顺磁性缺陷,其g因子为1.9967,不随电子能量和注量而变化,缺陷浓度随着注量增大呈近似线性增加,随着时间延长呈指数规律单调降低。这与在350nm处产生吸收峰的色心浓度变化规律是一致的,表明该色心是具有顺磁性的。顺磁性缺陷的退火特征时间常量τ随着辐照能量的增加而增大。质子辐照试验表明,质子的辐照损伤后玻璃盖片的光学透过率下降。在玻璃光学带隙附近形成吸收带,能量为50keV质子辐照时,吸收峰强度随着注量的增加先增加后减小,在注量为2×1015cm-2时出现峰值,在350nm处透过率下降为7.4%。能量为170keV质子辐照时,吸收峰强度随着注量增大而增大,在注量为5×1015cm-2时在350nm处透过率下降为8.4%。辐照完成后随着时间的延长350nm处的吸收峰随着先线性增大后减小。对辐照玻璃盖片的EPR分析表明质子辐照玻璃盖片后产生与电子辐照类似的顺磁性缺陷,但质子辐照注量对顺磁缺陷浓度影响不大。质子辐照产生的顺磁缺陷随着时间的延长呈指数规律下降,顺磁性缺陷的退火特征时间常量τ不随注量变化。研究还表明质子对辐照缺陷有钝化作用。质子/电子综合辐照试验表明,在质子/电子综合辐照条件下玻璃盖片的光学透过率也不断下降,产生色心吸收兼有电子、质子单因素辐照的特点。综合辐照产生的顺磁缺陷的g值为1.9963,产生缺陷的浓度随辐照后放置时间的变化规律与质子单独辐照时类似。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 空间环境概述
• 1.2.1 空间热环境
• 1.2.2 高能粒子辐照环境
• 1.3 太阳能电池的组成及工作原理
• 1.3.1 太阳能电池板的组成
• 1.3.2 太阳能电池的工作原理
• 1.3.3 太阳能电池光学系统及其发展状态
• 1.4 空间带电粒子对光学材料的辐照损伤效应
• 1.5 粒子辐照对光学材料损伤的机制
• 1.5.1 玻璃辐照效应
• 1.5.2 膜层材料辐照效应
• 1.5.3 辐照缺陷研究方法
• 1.6 固体材料的EPR 研究及缺陷分析
• 1.6.1 EPR 的发展
• 1.6.2 EPR 原理及研究对象
• 1.6.3 EPR 实际应用的局限性
• 1.7 本文主要研究的内容
• 第2章 试验材料、设备及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 辐照试验
• 2.2.1 空间辐照环境地面模拟设备
• 2.2.2 辐照试验参数的选择
• 2.3 分析测试方法
• 2.3.1 光学性能测试
• 2.3.2 电子顺磁共振分析
• 第3章 电子辐照下玻璃盖片光学性能演化规律及辐照缺陷的EPR 分析
• 3.1 电子辐照后玻璃盖片光学性能演化规律
• 3.1.1 电子辐照对玻璃盖片光学透过性能的影响
• 3.1.2 电子辐照后玻璃盖片的吸收光谱解析
• 3.1.3 电子辐照玻璃盖片光学性质回复效应
• 3.2 电子辐照玻璃盖片缺陷的EPR 分析
• 3.2.1 50keV 电子辐照缺陷的EPR 分析
• 3.2.2 1Mev 电子辐照缺陷的EPR 分析
• 3.3 EPR 缺陷的时间恢复效应
• 3.4 电子辐照玻璃盖片缺陷的回复
• 3.5 玻璃盖片辐照缺陷回复机制
• 3.6 小结
• 第4章 质子辐照下玻璃盖片光学性能演化规律及辐照缺陷的EPR 分析
• 4.1 质子辐照后玻璃盖片吸收光谱演化规律
• 4.2 质子辐照吸收光谱的回复效应
• 4.3 氢在色心形成过程中的作用
• 4.4 质子辐照玻璃盖片缺陷的EPR 分析
• 4.4.1 50keV 质子辐照缺陷的EPR 分析
• 4.4.2 170keV 质子辐照缺陷的EPR 分析
• 4.5 质子辐照玻璃盖片缺陷的回复
• 4.6 质子辐照的SRIM 模拟
• 4.6.1 50keV 质子辐照模拟计算
• 4.6.2 170keV 质子辐照模拟计算
• 4.7 小结
• 第5章 综合辐照下玻璃盖片光学性能演化规律及辐照缺陷的EPR 分析
• 5.1 综合辐照后太阳电池玻璃盖片光学性能演化规律
• 5.2 综合辐照后太阳电池玻璃盖片吸收光谱的回复
• 5.3 综合辐照后太阳电池玻璃盖片的EPR 分析
• 5.3.1 能量为质子50keV、电子50keV 综合辐照缺陷的EPR 分析
• 5.3.2 能量为质子170keV、电子90keV 综合辐照缺陷的EPR 分析
• 5.4 综合辐照玻璃盖片缺陷的回复
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢