本文關(guān)鍵詞： IMM4J太陽電池 In_(1-x)Ga_xAs太陽電池 輻照損傷 電性能退化 光譜響應 退火效應　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：倒置生長贗形四結(jié)(IMM4J)太陽電池基于光譜匹配的設(shè)計原則采用了倒置外延生長晶格失配工藝手段,有效的減少了空間用晶格匹配正向生長三結(jié)電池各個子電池間光電流失配產(chǎn)生的能量損失,顯著提高了光電轉(zhuǎn)換效率,成為目前空間高效多結(jié)太陽電池的主要研究方向。本文充分利用電池光特性、暗特性、光譜響應(EQE)、熒光光譜(PL)等分析手段,對天津18所和上海811所研制的IMM4J、IMM3J及其子電池的1MeV電子輻照損傷規(guī)律進行系統(tǒng)研究,深入分析其輻照損傷效應與損傷機理,以及輻照后電性能的退火恢復效應,為空間太陽電池的選材、帶隙調(diào)整、工藝優(yōu)化及在軌可靠服役提供技術(shù)支持和改進方向。研究結(jié)果表明,1MeV電子輻照后兩種新型InGaAs(1.0eV)和InGaAs(0.7eV)電池的電學性能(P=I_(sc)/V_(oc)/P_(max))均遵循P=1-cplog(1+φ/φ0)的退化規(guī)律,并確定了不同子電池的特征退化參數(shù),其中InGaAs(1.0eV)子電池的I_(sc)退化率c_(I_(sc))最大,而InGaAs(0.7eV)子電池的V_(oc)退化率c_(Voc)最大。為說明退化機理,首先建立了在小注入條件下PL信號強度的變化ΔI_(PL)與有效載流子壽命的變化Δτ_(eff)的等效模型,揭示出輻照后InGaAs(1.0eV)子電池teff的退化幅度更大是導致其I_(sc)退化更快的根本原因。同時,基于太陽電池短路電流的分區(qū)少子收集模型,揭示出輻照深能級缺陷引入及少子擴散長度損傷是電池短路電流退化的根本原因,并確定了1MeV電子輻照下InGaAs(1.0eV)、InGaAs(0.7eV)和GaAs電池的少子擴散長度損傷系數(shù)K_L分別為4.68×10~(-7)、1.57×10~(-7)和2.67×10~(-7),缺陷引入率K_φ分別為1.85×10~(-12)cm、1.02×10~(-12)cm和1.19×10~(-12)cm,定量表明了InGaAs(1.0eV)輻照損傷退化行為更為顯著。基于PN結(jié)內(nèi)建電壓特征,闡明開路電壓輻照退化與結(jié)區(qū)及近結(jié)區(qū)的多數(shù)載流子去除直接相關(guān),建立了退化模型,由此確定了1MeV電子輻照下InGaAs(1.0eV)、InGaAs(0.7eV)子電池的多子去除率αn為4.42×10-15cm~2、4.35×10-16cm~2。論文還通過研究輻照后兩種InGaAs子電池暗特性,揭示了電池串聯(lián)電阻、并聯(lián)電阻和暗電流退化規(guī)律及其與光特性參數(shù)的關(guān)系。1MeV電子輻照IMM3J和IMM4J電池結(jié)果表明,光譜匹配的IMM系列多結(jié)電池與晶格匹配的正向電池類似,其電學性能仍然遵循P=1-cplog(1+φ/φ0)的退化模型。IMM3J電池I_(sc)的退化速率與InGaAs(1.0eV)子電池的結(jié)果一致,表明InGaAs(1.0eV)子電池抗輻照性能較差,是其I_(sc)退化的控制子電池;IMM4J電池I_(sc)的退化速率與InGaAs(0.7eV)子電池的結(jié)果一致,表明InGaAs(0.7eV)子電池是IMM4J電池I_(sc)退化的控制子電池。針對所研究的IMM4J電池,基于光譜響應分析發(fā)現(xiàn)外延工藝及結(jié)構(gòu)因素是InGaAs(0.7eV)子電池的光電流絕對值過低的主要原因,提出了通過調(diào)整組成子電池的禁帶寬度、增加背場反射層和布拉格反射器以及減小外延缺陷的優(yōu)化方向。從輻射穩(wěn)定性看,IMM4J電池中InGaAs(1.0eV)子電池抗輻照能力最差,提出了根據(jù)輻照條件調(diào)整帶隙分配、降低工藝原生缺陷等方法進一步優(yōu)化性能途徑。1MeV電子輻照后InGaAs(1.0eV)和InGaAs(0.7eV)子電池退火效應研究,獲得了在60~180℃區(qū)間兩種InGaAs子電池隨退火時間、退火溫度的恢復規(guī)律,并建立I_(sc)與輻照缺陷變化規(guī)律的等效模型,確定了試驗溫度范圍內(nèi)InGaAs(1.0eV)和InGaAs(0.7eV)子電池的1MeV電子輻照缺陷退火激活能分別為0.58eV和0.30eV。IMM4J電池輻照后退火效應的研究表明,I_(sc)恢復規(guī)律與限流子電池InGaAs(0.7eV)一致;Voc恢復程度小于單結(jié)InGaAs(1.0eV)和InGaAs(0.7eV)子電池,GaInP和GaAs子電池在此溫度區(qū)間內(nèi)的退火效應弱于InGaAs(1.0eV)和InGaAs(0.7eV)子電池。
[Abstract]:鍊掔疆鐢熼暱璧濆艦鍥涚粨(IMM4J)澶槼鐢墊睜鍩轟簬鍏夎氨鍖歸厤鐨勮璁″師鍒欓噰鐢ㄤ簡鍊掔疆澶栧歡鐢熼暱鏅舵牸澶遍厤宸ヨ壓鎵嬫,鏈夋晥鐨勫噺灝戜簡絀洪棿鐢ㄦ櫠鏍煎尮閰嶆鍚戠敓闀夸笁緇撶數(shù)姹犲悇涓瓙鐢墊睜闂村厜鐢墊祦澶遍厤浜х敓鐨勮兘閲忔崯澶，

本文編號：1488863