本文利用空間環(huán)境綜合輻照模擬設(shè)備,針對兩種不同帶隙的單結(jié)InGa As電池,開展空間粒子輻照效應(yīng)的研究。主要研究了150 keV電子輻照、150 keV質(zhì)子輻照、以及150 keV電子和質(zhì)子共同輻照作用下InGa As電池電性能的變化。研究過程中主要涉及的測試有I-V性能,量子效率(EQE),暗特性測試,光致發(fā)光光譜(PL),X射線衍射(XRD)等。綜合上述測試分析,總結(jié)了InGa As電池電性能退化規(guī)律,揭示了InGa As電池?fù)p傷機(jī)制。研究結(jié)果表明,150 keV電子分別作用于帶隙1.0 eV和1.1 eV的InGa As電池時,大多數(shù)電子穿過兩電池的結(jié)區(qū)和基區(qū),在電池內(nèi)部引入缺陷,缺陷作為載流子復(fù)合中心,引起電池電性能的衰降,其中兩種帶隙的InGa As電池Isc衰減幅度相當(dāng),而帶隙1.1 eV的InGa As電池Voc衰降幅度大于帶隙1.0 eV的InGa As衰降幅度。EQE隨著輻照注量的增加不斷衰降,且兩帶隙的電池EQE最大衰降幅度相當(dāng)。暗特性曲線擬合結(jié)果表明經(jīng)過電子輻照后兩帶隙的電池并聯(lián)電阻Rsh降低,而串聯(lián)電阻Rs,復(fù)合電流Is2,擴(kuò)散電流Is1增加,且?guī)?.1 eV電池的Rsh和Is2變化幅度更大。150keV質(zhì)子輻照沒有對帶隙1.0eV的InGa As電池電性能產(chǎn)生明顯影響,電性能不隨注量的增加發(fā)生明顯衰降。150 keV質(zhì)子輻照帶隙1.1 eV的InGa As電池研究結(jié)果表明,I-V曲線隨著輻照注量的增加衰降,Voc大幅度衰降,Isc小幅度衰降。SRIM模擬顯示大多數(shù)質(zhì)子運(yùn)動軌跡終止于結(jié)區(qū)附近,在發(fā)射區(qū)和結(jié)區(qū)附近引入大量缺陷,降低了載流子的壽命,導(dǎo)致EQE短波長部分衰降幅度更大。暗電流增大,通過對暗特性曲線數(shù)值模擬知隨著輻照注量增加Rsh減小,Rs,Is1,Is2有一定程度的增加。PL測試表明特征峰峰強(qiáng)隨著輻照注量的增加不斷衰降。XRD測試表明質(zhì)子輻照導(dǎo)致InGa As衍射峰峰強(qiáng)發(fā)生一定降低,半峰寬有一定增加。電子和質(zhì)子共同輻照后,帶隙1.1eV的InGa As電池各電性能參數(shù)均發(fā)生衰降。共同輻照導(dǎo)致EQE的降低,暗電流增加。位移損傷和大量缺陷的聚集破壞晶格的完整性,導(dǎo)致PL峰強(qiáng)的衰降,XRD衍射峰峰高的降低。共同輻照造成的光電性能衰降幅度大于單粒子輻照造成的性能衰降幅度,但小于單電子、單質(zhì)子單獨(dú)輻照時造成的性能衰降幅度的兩者加和。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM914.4
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文電池的工作原理及性能表征池的產(chǎn)電原理主要是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，太陽電池吸收，載流子運(yùn)動到結(jié)區(qū)被分離，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。來是每種半導(dǎo)體材料都有一定的禁帶寬度 Eg[22]。能量大于 E收發(fā)生了兩種作用。第一種作用是價帶的電子吸收光子的能，而在價帶留下一個空穴，即產(chǎn)生了光生載流子。然后，自N 結(jié)擴(kuò)散，一方面自身又不斷的被復(fù)合。自由載流子擴(kuò)散到結(jié)，空穴不斷的在 P 區(qū)聚集，使 P 區(qū)電勢升高，電子不斷的聚集降低，PN 結(jié)兩端產(chǎn)生電勢差，即光生電壓。這是第二種作用側(cè)引出電極并接上負(fù)載，則電路中就有電流產(chǎn)生[5]。圖 1-2 所圖。

wxGwxIwwRwwe , 1 0強(qiáng)度， R w為光反射系數(shù)， 為光吸收系數(shù)，η( w)為量個光子激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對的幾率。頻率在 Wg→∞積分，其中 Wg可由 Eg=hWg確定。取量子的總產(chǎn)生率表達(dá)為 GRQedg x [1 ()]（）（）I0，它表示太陽光子流密度的光譜分布，也叫做光子流密度時間入射太陽光中能量為 hw 的光子數(shù)[28-29]。衡載流子的收集與復(fù)合一對光生載流子對光生電流貢獻(xiàn)的幾率叫做收集率，由于，其擴(kuò)散長度也是有限的。這會導(dǎo)致在電池的不同區(qū)域光分離的概率不同。在理想情況下，光生載流子在空間電荷種情況下，收集率是最高的，而發(fā)射區(qū)和基區(qū)的收集率隨結(jié)區(qū)距離的增加呈現(xiàn)指數(shù)衰減趨勢[5]，如圖 1-3 所示。

陽電池輻照效應(yīng)研究現(xiàn)狀外對太陽電池輻照效應(yīng)的研究主要集中在經(jīng)粒子輻照過一些測試和模擬對其微觀機(jī)理損傷的探究。[38]系統(tǒng)全面的研究了質(zhì)子和電子輻照對GaAs/Ge太陽果表明，最大功率隨著粒子輻照能量和注量的增加發(fā)功率的衰降幅度約等于短路電流和開路電壓衰降幅度Ge 電池最大功率隨著輻照質(zhì)子能量的增加不斷衰降的 等[39]對 InGaP/GaAs 串聯(lián)電池進(jìn)行了 1 MeV 高能電子量1 MeV電子輻照后，InGaP/GaAs串聯(lián)電池性能的衰基底層的損傷造成的。Haapamaa 等[40]報道了 Equa層電池在經(jīng)受 1 MeV 電子輻照后性能的變化情況。注量為 1x1013cm-2的電子輻照后，GaInP/GaAs 疊層電當(dāng)注量增加到 1x1015cm-2時，電池短路電流、開路電%，這個衰降幅度并不大，說明了 GaInP/GaAs 疊層電如圖 1-5 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2833366