国产新型GaAs/Ge太阳电池空间粒子辐射效应研究

• 作 者: 刘运宏
• 机 构: 北京师范大学
• 出 处: 北京师范大学
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 太阳电池 质子束 碳离子束 辐射效应

本文利用2×1.7 MV串列静电加速器提供的质子束和碳离子束辐照GaAs/Ge太阳电池，入射质子能量为0.28 MeV、0.62 MeV和2.80 MeV，注量为1×10<10>～1×10<13>cm<-2>；入射C离子能量为2.00 MeV，注量为3.1×10<9>～6.9×10<12> cm<-2>。对辐照前后太阳电池的I-V特性和光谱响应进行测试，分析其性能参数的衰降变化规律，并利用SRIM 2006程序模拟分析质子和C离子在电池中的射程、产生空位等辐射行为，还对两种离子的辐射效应进行了比较。研究结果表明：
GaAs/Ge太阳电池的短路电流I<,sc>、开路电压V<,oc>和最大输出功率P<,max>甜随着质子辐照注量的增加其衰降幅度增大，其中P<,max>衰降速率最大，I<,sc>次之、V<,oc>最小，I<,sc>衰降速率大于V<,oc>是由于辐射损伤主要发生在基区所致，理论分析和计算说明了这一点。在相同注量情况下，随着质子能量增加，电池I<,sc>、V<,oc>和P<,max>甜的衰降幅度减小，SRIM 2006模拟表明，这和质子在有源区中造成的损伤随能量升高而减小有关。在辐照注量均为1×10<12> cm<-2>时，电池光谱响应也是随着质子能量增加其衰降幅度减小，且都是长波范围衰降明显，而短波范围衰降较小。
2.00 MeV C离子辐照后，GaAs/Ge太阳电池的I<,sc>、V<,oc>和P<,max>似亦随辐照注量的增加而衰降幅度增大，其中P<,max>衰降最大，I<,sc>次之，V<,oc>最小；光谱响应衰降幅度亦随辐照注量的增加而增大，其中在低注量3.1×10<9> cm<-2>辐照时，光谱响应衰降主要发生在长波范围，短波范围衰降较小；当注量大于3.1×10<10> cm<-2>时，则发生明显的长、短波整个波段光谱响应衰降；而注量继续增大到2.3×10<11> cm<-2>以上时，光谱响应基本消失。
通过比较可知，C离子对电池的辐射损伤机制与质子的相同，均以位移效应为主，对电池的损伤主要位于射程的末端，但C离子引起电池性能衰降比质子的约大两个量级，不可忽视。