InxGa1-xAs太阳电池质子辐照效应及基于TRPL的载流子行为研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qiufeng115
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IMM多结电池很有潜力取代GaInP(1.90ev)/GaAs(1.42ev)/Ge(0.67ev)LM3J太阳电池,成为下一代空间用太阳电池。但IMM多结电池中InxGa1-xAs子电池作为一种新型电池,关于其辐照损伤效应的研究很少,特别是质子辐照损伤行为的研究就更为缺乏。本课题以InxGa1-xAs(x=0.3,0.5)单结太阳电池为研究对象,通过质子辐照试验,并采用时间分辨荧光光谱、光谱响应测试以及稳态荧光光谱测试和电性能测试等分析手段,系统研究了InxGa1-xAs(x=0.3,0.5)太阳电池电性能退化规律,并揭示了其少数载流子寿命演化行为与损伤机理,为IMM多结电池的结构优化以及在轨行为预测提供理论指导。研究表明,对于In0.3Ga0.7As太阳电池,1 MeV质子和3 MeV质子都对电池产生损伤。质子辐照后In0.3Ga0.7As太阳电池的短路电流、开路电压和最大功率满足y=1-Clog(Dd/Dd,o)的退化规律,符合位移损伤等效特征,其退化系数CIsc、CVoc和CPmax分别为0.095、0.075和0.098。对于In0.5Ga0.5As太阳电池,其短路电流、开路电压和最大功率也满足y=1-Clog(φ/φ0)的退化规律,但退化系数CIsc、CVoc和CPmax分别为0.062、0.012和0.064。电池的暗特性分析表明,InxGa1-xAs(x=0.3,0.5)太阳电池的暗电流、关联电阻和串联电阻随质子辐照退化规律类似:即暗电流和串联电阻增加,而并联电阻下降。研究还表明,同一辐照条件下(3 MeV,1012 cm-2),In0.5Ga0.5As太阳电池的电性能退化程度大于In0.3Ga0.7As太阳电池,这是由于In0.5Ga0.5As太阳电池前端包含In0.3Ga0.7As材料,其在电池原始条件下会产生明显的荧光效应使得原始In0.5Ga0.5As太阳电池的名义转换效率提高,因此其辐照后的相对退化率较大。稳态荧光效应分析表明,质子辐照导致In0.3Ga0.7As材料及电池荧光效率迅速下降,表明材料及电池中产生的辐照位移缺陷降低其晶格完整性。通过In0.3Ga0.7As材料TRPL测试结果与模拟仿真,揭示质子辐照引入的深能级缺陷是导致少子寿命显著下降的根本原因,建立载流子寿命与辐照缺陷的物理关系。在此基础上,得到质子辐照后In0.3Ga0.7As电池少子寿命衰减系数kτ,solar cell为0.1 g/(MeV?s?cm3)。
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