本文關(guān)鍵詞：高效三結(jié)GaAs太陽電池輻照損傷效應(yīng)研究及仿真分析

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【摘要】：三結(jié)砷化鎵太陽電池工藝和結(jié)構(gòu)優(yōu)化使其效率可達(dá)30%以上,將成為空間太陽電池服役的主要產(chǎn)品。本文將利用空間環(huán)境地面模擬裝置以及相關(guān)太陽電池分析技術(shù),對(duì)比研究在空間電子和質(zhì)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(yīng),光致發(fā)光光譜和時(shí)間分辨熒光光譜分析了其損傷機(jī)理。以此實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。研究結(jié)果表明,1Me V電子輻照對(duì)三結(jié)電池造成均勻輻照損傷,其中中結(jié)Ga As子電池的電性能退化更為顯著,成為三結(jié)電池輸出性能的控制子電池。質(zhì)子輻照較高能電子輻照損傷更為顯著,且由于低能質(zhì)子射程不同,70ke V質(zhì)子輻照只引起頂電池的位移損傷和性能退化,而150ke V質(zhì)子輻照則同時(shí)導(dǎo)致頂電池和中電池的損傷,使三結(jié)電池的性能退化更顯著。論文研究中建立了11BP734和12GPB型三結(jié)電池電性能隨輻照注量的退化方程。通過光譜響應(yīng)測(cè)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(jié)構(gòu)上頂電池和中電池較薄,且在頂電池和中電池的底部設(shè)計(jì)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(zhì)子輻照在其射程范圍內(nèi)產(chǎn)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(zhì)子輻照時(shí)位移損傷效應(yīng)更強(qiáng)烈,使得其量子效率和熒光發(fā)射率下降更顯著。時(shí)間分辨及靜態(tài)熒光光譜分析表明,粒子輻照位移損傷導(dǎo)致少數(shù)載流子壽命下降。利用時(shí)間分辨及靜態(tài)熒光光譜計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其具有較好的抗輻射損傷性能�；谏鲜鰧�(shí)驗(yàn)結(jié)果并利用PC1D軟件,通過調(diào)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(jié)果表明,少子壽命的降低會(huì)引起能帶結(jié)構(gòu)和電池內(nèi)部電流的變化,進(jìn)而引起宏觀電性能的改變。對(duì)于三結(jié)電池,利用電路仿真模擬將各子結(jié)連接起來,得到在不同少數(shù)載流子壽命條件下三結(jié)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(yīng)、少數(shù)載流子壽命和三結(jié)電池電性能的退化聯(lián)系起來,預(yù)測(cè)三結(jié)乃至多結(jié)太陽電池在軌服役過程中的電性能退化。
【關(guān)鍵詞】：高效三結(jié)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(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(duì)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(zhì)的相互作用16-18
• 1.4 太陽電池空間輻照損傷地面等效評(píng)價(jià)技術(shù)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(shù)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?jī)?nèi)容23-25
• 第2章 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法25-30
• 2.1 試驗(yàn)材料25-26
• 2.2 輻照試驗(yàn)26-27
• 2.2.1 高能電子輻照實(shí)驗(yàn)26
• 2.2.2 低能質(zhì)子輻照實(shí)驗(yàn)26-27
• 2.3 電池性能測(cè)試27-28
• 2.3.1 電性能測(cè)試27
• 2.3.2 量子效率測(cè)試27
• 2.3.3 光致發(fā)光測(cè)試27-28
• 2.3.4 時(shí)間分辨熒光光譜測(cè)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?zé)晒庑释嘶?/span>34-35
• 3.31Me V電子輻照下太陽電池電性能退化機(jī)理35-39
• 3.3.1 時(shí)間分辨熒光光譜測(cè)試結(jié)果分析35-36
• 3.3.2 點(diǎn)缺陷對(duì)載流子運(yùn)動(dòng)的影響36-39
• 3.4 本章小結(jié)39-41
• 第4章 太陽電池低能質(zhì)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(zhì)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?zé)晒庑释嘶治?/span>45-46
• 4.3 150ke V質(zhì)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?zé)晒庑释嘶治?/span>50-51
• 4.4 本章小結(jié)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(chǔ)53-55
• 5.2.1 基本電學(xué)方程及其邊界條件53-54
• 5.2.2 材料有關(guān)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(jiǎn)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(jié)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?fù)p傷模擬64-65
• 5.5 三結(jié)電池輻照損傷模擬及等效評(píng)價(jià)65-68
• 5.5.1 三結(jié)電池電路模型65-66
• 5.5.2 三結(jié)電池輻照損傷模擬66-67
• 5.5.3 基于Kτ的多結(jié)太陽電池等效評(píng)價(jià)流程67-68
• 5.6 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-70
• 參考文獻(xiàn)70-75
• 致謝75

【參考文獻(xiàn)】

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(jiān);有機(jī)太陽能電池材料的研究進(jìn)展[J];大學(xué)化學(xué);2005年03期

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

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本文編號(hào)：764924