质子、电子及其综合辐照作用下单晶硅太阳电池损伤效应

摘要

本文使用单晶硅单结太阳电池，利用空间环境综合模拟设备，针对空间实际环境中的低能带电粒子辐照效应展开研究。主要涉及的空间辐照条件为能量小于200keV的质子及电子辐射、1MeV电子辐射和低能质子电子综合辐射作用。使用I-V性能测试，量子效率测试，少数载流子参数测试，二维倒易空间测试以及数值模拟等分析方法进行了损伤演化规律探讨与损伤机理分析。
　　研究结果表明，能量为50keV、100keV以及170keV的低能质子辐照主要引起单晶硅太阳电池开路电压大幅下降以及短路电流小幅度下降，导致最大功率的大幅下降。测试分析结果表明：质子辐照在前表面、发射区以及PN结处产生大量的缺陷，形成了复合中心，提高了间接复合率；降低了太阳电池对穿透能力较弱的短波光谱的吸收效率，导致量子效率在短波部分出现小幅度下降；由于大量复合中心的存在导致反向饱和电流增加，引起开路电压下降；同时导致少子寿命、少子扩散长度降低，前表面复合率升高。
　　能量为50keV、100keV以及170keV的低能电子辐照主要引起单晶硅太阳电池短路电流下降以及开路电压小幅度下降，导致最大功率产生衰降。测试分析结果表明：电子辐照穿过前表面、发射区及PN结进入基区；对于单晶硅太阳电池整体结构发生作用，产生陷阱缺陷，从而导致量子效率整体有小幅度衰减；少子寿命、少子扩散长度出现小幅的下降，前表面复合率小幅度上升。
　　能量为1MeV电子辐照主要引起单晶硅太阳电池开路电压以及短路电流大幅下降，导致最大功率也出现大幅下降。测试分析结果表明：1MeV电子辐照穿过前表面、发射区、PN结以及基区，作用于单晶硅太阳电池所有结构；粒子辐照在基区产生大量的缺陷，降低了太阳电池对穿透能力较强的长波光谱的吸收效率，导致单晶硅太阳电池量子效率长波部分出现明显衰减；少子寿命、少子扩散长度明显降低，前表面复合率大幅升高。
　　质子、电子综合辐照前后，单晶硅太阳电池开路电压以及短路电流发生衰减，导致最大功率产生下降。量子效率短波段部分、少子寿命以及少子扩散长度出现一定程度的下降，前表面复合率升高。共同辐照条件下以上各参数的变化幅度大于顺序辐照条件下各参数变化幅度，并且先电子后质子条件时各参数变化幅度略大于先质子后电子条件。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 空间辐射环境及硅基半导体辐射损伤机理

1.3 太阳电池基本原理及其表征方法

1.4 硅太阳电池带电粒子辐照损伤

1.5 硅电池辐照损伤的检测方法

1.6 本文的主要研究内容

第2章 试验材料、设备及方法

2.1试验所用太阳电池

2.2 试验所用设备及其原理

2.3 实验方案

第3章 低能质子辐照前后太阳电池性能与分析

3.1 质子辐照I-V性能分析

3.2 损伤机理分析

3.3 本章小结

第4章 电子辐照前后太阳电池性能与分析

4.1 电子辐照I-V性能分析

4.2 损伤机理分析

4.3 本章小结

第5章 质子、电子综合辐照太阳电池性能与分析

5.1 综合辐照I-V性能分析

5.2 机理分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢