电子和质子综合辐照对不同结构InGaAs电池性能影响

发布时间：2020-10-09 06:49

　　本文利用空间环境综合辐照模拟设备,针对两种不同带隙的单结InGa As电池,开展空间粒子辐照效应的研究。主要研究了150 keV电子辐照、150 keV质子辐照、以及150 keV电子和质子共同辐照作用下InGa As电池电性能的变化。研究过程中主要涉及的测试有I-V性能,量子效率(EQE),暗特性测试,光致发光光谱(PL),X射线衍射(XRD)等。综合上述测试分析,总结了InGa As电池电性能退化规律,揭示了InGa As电池损伤机制。研究结果表明,150 keV电子分别作用于带隙1.0 eV和1.1 eV的InGa As电池时,大多数电子穿过两电池的结区和基区,在电池内部引入缺陷,缺陷作为载流子复合中心,引起电池电性能的衰降,其中两种带隙的InGa As电池Isc衰减幅度相当,而带隙1.1 eV的InGa As电池Voc衰降幅度大于带隙1.0 eV的InGa As衰降幅度。EQE随着辐照注量的增加不断衰降,且两带隙的电池EQE最大衰降幅度相当。暗特性曲线拟合结果表明经过电子辐照后两带隙的电池并联电阻Rsh降低,而串联电阻Rs,复合电流Is2,扩散电流Is1增加,且带隙1.1 eV电池的Rsh和Is2变化幅度更大。150keV质子辐照没有对带隙1.0eV的InGa As电池电性能产生明显影响,电性能不随注量的增加发生明显衰降。150 keV质子辐照带隙1.1 eV的InGa As电池研究结果表明,I-V曲线随着辐照注量的增加衰降,Voc大幅度衰降,Isc小幅度衰降。SRIM模拟显示大多数质子运动轨迹终止于结区附近,在发射区和结区附近引入大量缺陷,降低了载流子的寿命,导致EQE短波长部分衰降幅度更大。暗电流增大,通过对暗特性曲线数值模拟知随着辐照注量增加Rsh减小,Rs,Is1,Is2有一定程度的增加。PL测试表明特征峰峰强随着辐照注量的增加不断衰降。XRD测试表明质子辐照导致InGa As衍射峰峰强发生一定降低,半峰宽有一定增加。电子和质子共同辐照后,带隙1.1eV的InGa As电池各电性能参数均发生衰降。共同辐照导致EQE的降低,暗电流增加。位移损伤和大量缺陷的聚集破坏晶格的完整性,导致PL峰强的衰降,XRD衍射峰峰高的降低。共同辐照造成的光电性能衰降幅度大于单粒子辐照造成的性能衰降幅度,但小于单电子、单质子单独辐照时造成的性能衰降幅度的两者加和。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM914.4
【部分图文】：

示意图,太阳电池,工作原理,示意图

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文电池的工作原理及性能表征池的产电原理主要是利用半导体的光电效应，太阳电池吸收，载流子运动到结区被分离，从而实现光电转换。来是每种半导体材料都有一定的禁带宽度 Eg[22]。能量大于 E收发生了两种作用。第一种作用是价带的电子吸收光子的能，而在价带留下一个空穴，即产生了光生载流子。然后，自N 结扩散，一方面自身又不断的被复合。自由载流子扩散到结，空穴不断的在 P 区聚集，使 P 区电势升高，电子不断的聚集降低，PN 结两端产生电势差，即光生电压。这是第二种作用侧引出电极并接上负载，则电路中就有电流产生[5]。图 1-2 所图。

光谱分布,收集效率,收集率

wxGwxIwwRwwe , 1 0强度， R w为光反射系数，为光吸收系数，η( w)为量个光子激发产生电子-空穴对的几率。频率在 Wg→∞积分，其中 Wg可由 Eg=hWg确定。取量子的总产生率表达为 GRQedg x [1 ()]（）（）I0，它表示太阳光子流密度的光谱分布，也叫做光子流密度时间入射太阳光中能量为 hw 的光子数[28-29]。衡载流子的收集与复合一对光生载流子对光生电流贡献的几率叫做收集率，由于，其扩散长度也是有限的。这会导致在电池的不同区域光分离的概率不同。在理想情况下，光生载流子在空间电荷种情况下，收集率是最高的，而发射区和基区的收集率随结区距离的增加呈现指数衰减趋势[5]，如图 1-3 所示。

质子辐照,归一化曲线,最大功率,电池

阳电池辐照效应研究现状外对太阳电池辐照效应的研究主要集中在经粒子辐照过一些测试和模拟对其微观机理损伤的探究。[38]系统全面的研究了质子和电子辐照对GaAs/Ge太阳果表明，最大功率随着粒子辐照能量和注量的增加发功率的衰降幅度约等于短路电流和开路电压衰降幅度Ge 电池最大功率随着辐照质子能量的增加不断衰降的等[39]对 InGaP/GaAs 串联电池进行了 1 MeV 高能电子量1 MeV电子辐照后，InGaP/GaAs串联电池性能的衰基底层的损伤造成的。Haapamaa 等[40]报道了 Equa层电池在经受 1 MeV 电子辐照后性能的变化情况。注量为 1x1013cm-2的电子辐照后，GaInP/GaAs 叠层电当注量增加到 1x1015cm-2时，电池短路电流、开路电%，这个衰降幅度并不大，说明了 GaInP/GaAs 叠层电如图 1-5 所示。

【参考文献】