带电粒子辐照后砷化镓太阳电池的暗特性及其退火效应

论文摘要

本文利用光照和暗条件下太阳电池电学特性的测量和数值模拟的方法,研究了带电粒子辐照下单结及三结GaAs太阳电池的电性能的变化规律。并揭示了辐照对太阳电池本征参数的影响机制。在此基础上,深入研究了辐照损伤后太阳电池的退火恢复效应和机制。通过对太阳电池p-n结双指数暗特性的深入分析,使用自编的MATLAB数值模拟程序对测量得到的单结GaAs/Ge和三结GaInP/GaAs/Ge太阳电池的暗特性I-V曲线进行数值拟合。结果表明可以通过这种方法计算出太阳电池的四个暗特性本征参数,即串联电阻Rs、并联电阻Rsh、扩散电流Is1和复合电流Is2。在此基础上,对经低能质子和高能电子辐照前后单结太阳电池的暗特性进行了详尽的研究,研究结果表明,低能质子辐照的单结GaAs/Ge电池,暗特性中Rs、Is1、Is2随注量的增加而增大,Rsh随注量的增加而减小。四个参数随能量的变化,会因根据损伤区域的不同而不同,结合SRIM程序的模拟结果分析,可知基区和发射区的损伤主要导致单结电池串联电阻和扩散电流的增加;结区的损伤会导致并联电阻减小,复合电流增大。低能质子辐照后三结砷化镓电池的等效Is1、Is2变化很小,且由于三结电池不同电池的损伤趋势不同致使各电池产生限流作用,因而对工程指导无意义。对低能质子辐照单结太阳电池的退火研究表明单结砷化镓电池可以在高于120℃的温度下退火,性能得到恢复。180℃退火效果好于在更低的温度下退火。对低能质子辐照三结太阳电池的退火研究表明,三结砷化镓电池只在高于150℃温度下退火,性能得到恢复。等效的电性能在180℃退火恢复的程度高于150℃下退火。特别注意的是对不同注量的高能电子辐照的单结砷化镓电池的退火研究表明,退火后电池性能转好,并且在相同时间内这些电池的性能以相同的程度恢复。对不同注量的高能电子辐照的三结砷化镓电池的退火研究表明,退火可使Pmax和Isc得到恢复,但开路电压没有测量到明显的恢复,并且随温度升高,开路电压衰降更大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 太阳电池工作原理
• 1.3 砷化镓太阳电池的特点
• 1.4 砷化镓太阳电池的研究进展
• 1.4.1 砷化镓太阳电池的制造工艺
• 1.4.2 砷化镓太阳电池的结构
• 1.5 太阳电池辐照损伤的研究进展
• 1.6 太阳电池暗特性研究
• 1.6.1 暗电流的来源
• 1.6.2 暗特性等效电路
• 1.7 砷化镓太阳电池退火的研究
• 1.8 本课题研究内容
• 第2章 试验材料及方法
• 2.1 砷化镓太阳电池结构
• 2.1.1 单结GaAs/Ge 太阳电池
• 0.5In_0.5P/GaAs/ Ge 太阳电池'>2.1.2 三结 Ga_0.5In_0.5P/GaAs/ Ge 太阳电池
• 2.2 辐照设备及参数
• 2.2.1 辐照设备
• 2.2.2 辐照参数
• 2.3 电学性能测量特性测量
• 2.4 退火设备及工艺参数
• 2.4.1 退火设备
• 2.4.2 退火工艺参数
• 第3章 暗特性分析及辐照对其参数的影响
• 3.1 暗特性分析方法
• 3.2 低能质子辐照对单结GaAs 太阳电池后暗特性影响
• 3.3 高能电子辐照对单结GaAs 太阳电池后暗特性影响
• 3.4 高能电子辐照对三结砷化镓太阳电池暗特性影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 带电粒子辐照后砷化镓太阳电池退火效应
• 4.1 单结砷化镓电池低能质子辐照后退火效应
• 4.1.1 单结砷化镓低能质子辐照效应
• 4.1.2 单结砷化镓太阳电池退火时间效应
• 4.1.3 不同温度退火效应结果
• 4.1.4 低能质子辐照单结砷化镓太阳电池的退火效应暗特性分析
• 4.2 三结砷化镓电池低能质子辐照后退火效应
• 4.2.1 三结砷化镓低能质子辐照效应
• 4.2.2 三结砷化镓太阳电池退火时间效应
• 4.2.3 三结砷化镓太阳电池退火温度效应
• 4.2.4 低能质子辐照三结砷化镓太阳电池的退火效应暗特性分析
• 4.3 砷化镓太阳电池高能电子辐照后退火效应
• 4.3.1 单结砷化镓高能电子辐照后退火效应
• 4.3.2 三结砷化镓高能电子辐照后退火效应
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢