本文關鍵詞：高效三結GaAs太陽電池輻照損傷效應研究及仿真分析

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【摘要】：三結砷化鎵太陽電池工藝和結構優(yōu)化使其效率可達30%以上,將成為空間太陽電池服役的主要產品。本文將利用空間環(huán)境地面模擬裝置以及相關太陽電池分析技術,對比研究在空間電子和質子輻照條件下兩類高效電池的電性能退化規(guī)律,通過光譜響應,光致發(fā)光光譜和時間分辨熒光光譜分析了其損傷機理。以此實驗為基礎,利用PC1D軟件模擬三節(jié)砷化鎵太陽電池電性能行為,為太陽電池結構設計及工藝優(yōu)化提供理論基礎。研究結果表明,1Me V電子輻照對三結電池造成均勻輻照損傷,其中中結Ga As子電池的電性能退化更為顯著,成為三結電池輸出性能的控制子電池。質子輻照較高能電子輻照損傷更為顯著,且由于低能質子射程不同,70ke V質子輻照只引起頂電池的位移損傷和性能退化,而150ke V質子輻照則同時導致頂電池和中電池的損傷,使三結電池的性能退化更顯著。論文研究中建立了11BP734和12GPB型三結電池電性能隨輻照注量的退化方程。通過光譜響應測量和仿真分析表明,在所研究的兩類電池中,12GPB電池由于其在結構上頂電池和中電池較薄,且在頂電池和中電池的底部設計制備了背反射層,其具有更高的效率和抗輻射性能。高能電子和質子輻照在其射程范圍內產生位移損傷,降低了電池的量子效率和熒光發(fā)射率。低能質子輻照時位移損傷效應更強烈,使得其量子效率和熒光發(fā)射率下降更顯著。時間分辨及靜態(tài)熒光光譜分析表明,粒子輻照位移損傷導致少數(shù)載流子壽命下降。利用時間分辨及靜態(tài)熒光光譜計算了11BP734和12GPB型兩類電池的少數(shù)載流子壽命衰減系數(shù),發(fā)現(xiàn)12GPB電池的少子壽命衰減較小,表明12GPB電池工藝和結構設計使其具有較好的抗輻射損傷性能�；谏鲜鰧嶒灲Y果并利用PC1D軟件,通過調整少子壽命建立了電池在原始狀態(tài)、均勻損傷狀態(tài)和非均勻損傷狀態(tài)的太陽電池模型。結果表明,少子壽命的降低會引起能帶結構和電池內部電流的變化,進而引起宏觀電性能的改變。對于三結電池,利用電路仿真模擬將各子結連接起來,得到在不同少數(shù)載流子壽命條件下三結電池的I-V曲線。因此通過PC1D軟件和電路分析,將空間輻照環(huán)境損傷效應、少數(shù)載流子壽命和三結電池電性能的退化聯(lián)系起來,預測三結乃至多結太陽電池在軌服役過程中的電性能退化。
【關鍵詞】：高效三結太陽電池 輻照損傷 器件模擬 少數(shù)載流子壽命 熒光效率
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-25
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 空間用太陽電池的發(fā)展概況11-14
• 1.2.1 太陽電池的工作原理及主要參數(shù)11-12
• 1.2.2 太陽電池的發(fā)展歷程12-13
• 1.2.3 砷化鎵電池的發(fā)展13-14
• 1.3 空間環(huán)境及其對太陽電池的影響14-18
• 1.3.1 太陽電池空間服役環(huán)境15-16
• 1.3.2 帶電粒子與物質的相互作用16-18
• 1.4 太陽電池空間輻照損傷地面等效評價技術18-22
• 1.4.1 等效注量法18-20
• 1.4.2 等效位移損傷劑量法20-21
• 1.4.3 從頭算起法21-22
• 1.5 太陽電池仿真模擬技術22-23
• 1.5.1 太陽電池的等效電路22
• 1.5.2 太陽電池器件模擬22-23
• 1.6 本文的主要研究內容23-25
• 第2章 試驗材料與試驗方法25-30
• 2.1 試驗材料25-26
• 2.2 輻照試驗26-27
• 2.2.1 高能電子輻照實驗26
• 2.2.2 低能質子輻照實驗26-27
• 2.3 電池性能測試27-28
• 2.3.1 電性能測試27
• 2.3.2 量子效率測試27
• 2.3.3 光致發(fā)光測試27-28
• 2.3.4 時間分辨熒光光譜測試28
• 2.4 軟件模擬與仿真28-30
• 第3章 太陽電池 1Me V電子輻照損傷行為30-41
• 3.1 1Me V電子輻照下太陽電池電性能退化行為30-32
• 3.2 1Me V電子輻照下太陽電池量子效率和熒光效率的退化32-35
• 3.2.1 太陽電池量子效率退化32-34
• 3.2.2 太陽電池熒光效率退化34-35
• 3.31Me V電子輻照下太陽電池電性能退化機理35-39
• 3.3.1 時間分辨熒光光譜測試結果分析35-36
• 3.3.2 點缺陷對載流子運動的影響36-39
• 3.4 本章小結39-41
• 第4章 太陽電池低能質子輻照損傷行為41-53
• 4.1 Monte-Carlo程序模擬分析41-42
• 4.2 70ke V質子輻照損傷分析42-46
• 4.2.1 太陽電池電性能退化規(guī)律42-43
• 4.2.2 太陽電池量子效率退化分析43-45
• 4.2.3 太陽電池熒光效率退化分析45-46
• 4.3 150ke V質子輻照損傷分析46-51
• 4.3.1 太陽電池電性能退化規(guī)律46-48
• 4.3.2 太陽電池量子效率退化分析48-50
• 4.3.3 太陽電池熒光效率退化分析50-51
• 4.4 本章小結51-53
• 第5章 太陽電池輻照損傷的仿真分析53-69
• 5.1 引言53
• 5.2 軟件模擬的理論基礎53-55
• 5.2.1 基本電學方程及其邊界條件53-54
• 5.2.2 材料有關參數(shù)54-55
• 5.3 PC1D模擬初始態(tài)太陽電池55-58
• 5.3.1 太陽電池模型的簡化55-56
• 5.3.2 初始態(tài)頂電池和中電池行為的PC1D模擬56-58
• 5.4 單結子電池輻照損傷模擬58-65
• 5.4.1 中電池均勻損傷模擬58-61
• 5.4.2 中電池非均勻損傷模擬61-64
• 5.4.3 頂電池損傷模擬64-65
• 5.5 三結電池輻照損傷模擬及等效評價65-68
• 5.5.1 三結電池電路模型65-66
• 5.5.2 三結電池輻照損傷模擬66-67
• 5.5.3 基于Kτ的多結太陽電池等效評價流程67-68
• 5.6 本章小結68-69
• 結論69-70
• 參考文獻70-75
• 致謝75

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 段曉菲,王金亮,毛景,裴堅;有機太陽能電池材料的研究進展[J];大學化學;2005年03期

2 吳宜勇;岳龍;胡建民;藍慕杰;肖景東;楊德莊;何世禹;張忠衛(wèi);王訓春;錢勇;陳鳴波;;位移損傷劑量法評估空間GaAs/Ge太陽電池輻照損傷過程[J];物理學報;2011年09期

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本文編號：764924