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质子和电子共同辐照下GaAs/Ge太阳电池电性能退化研究

作　者: 信德磊
导　师: 赵慧杰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: GaAs/Ge太阳电池空间环境模拟质子辐照电子辐照
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文通过地面模拟空间环境实验,对应用在航天器上的GaAs/Ge太阳电池在空间质子和电子共同辐照作用下电性能的损伤效应进行了研究。在模拟空间质子与电子共同辐照的实验中,质子与电子的能量选为100KeV,电子最大辐照剂量达到1×1016cm-2,质子最大辐照剂量达到1×1012cm-2。为了研究两种粒子在共同辐照时对GaAs/Ge太阳电池不同的损伤作用,我们采用了先质子后电子、先电子后质子以及质子与电子的共同辐照等三种辐照类型。通过伏安特性(I-V)、光谱响应、光学反射率、光致发光光谱(PL)、X射线双晶衍射、红外反射光谱、电容-电压特性(C-V)及霍尔效应等测试手段研究了质子与电子顺序辐照和共同辐照前后电池微观结构和性能的变化,得到了不同辐照类型与不同粒子剂量对GaAs/Ge太阳电池的损伤规律与导致性能退化的原因。根据SRIM 2003和Casino V2.42软件模拟100KeV质子与电子对GaAs/Ge太阳电池的辐照结果,我们发现100KeV质子在电池内的入射深度在0.71μm左右,在其入射轨迹末端附近对材料产生最大损伤。100KeV电子在电池中入射深度很大,影响到了电池的衬底部分。通过理论公式的推导,我们得出了GaAs/Ge太阳电池短路电流(Isc)的主要衰降原因,从粒子与材料的交互作用方面分析了两种粒子的不同辐照类型对太阳电池材料内部结构与性能的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-18
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 空间环境简介  9-11
    1.2.1 真空环境  9
    1.2.2 冷黑环境  9
    1.2.3 太阳电磁辐射  9-10
    1.2.4 微陨石和空间碎片环境  10
    1.2.5 磁层和微重力环境  10
    1.2.6 带电粒子环境  10-11
  1.3 空间粒子辐射效应简介  11-12
    1.3.1 电离效应  11
    1.3.2 位移效应  11-12
  1.4 空间用GaAs 太阳电池的发展  12-13
  1.5 砷化镓太阳电池与硅太阳电池的比较  13-14
  1.6 太阳电池工作的基本原理  14-15
  1.7 太阳电池辐射损伤的研究现状  15-17
  1.8 本课题研究内容  17-18
第2章实验材料与方法  18-28
  2.1 实验材料  18
  2.2 电池的制备方法  18-19
  2.3 电池结构设计说明  19-21
    2.3.1 衬底采用Ge 的优越性  19
    2.3.2 衬底上外延缓冲层的作用  19-20
    2.3.3 砷化镓太阳电池结深设计  20
    2.3.4 窗口层制成薄层  20-21
    2.3.5 蒸镀减反膜的作用  21
  2.4 粒子辐照试验设备  21-23
  2.5 实验设计及安排  23-26
    2.5.1 原位测量装置的设计  23-25
    2.5.2 质子与电子辐照实验安排  25-26
  2.6 GaAs/Ge 太阳电池电性能测试  26-27
  2.7 太阳电池微观结构及光学性能测试  27-28
第3章辐照后GaAs/Ge 太阳电池电性能的变化  28-39
  3.1 辐照对电池I-V 曲线的影响  28-32
    3.1.1 先质子后电子顺序辐照  28-29
    3.1.2 先电子后质子顺序辐照  29-31
    3.1.3 共同辐照  31-32
  3.2 电性能参数的变化  32-37
  3.3 本章小结  37-39
第4章辐照对GaAs/Ge 太阳电池微观性能的影响  39-52
  4.1 光谱响应的变化  39-42
  4.2 反射率的变化  42-43
  4.3 光致发光光谱的变化  43-45
  4.4 X 射线双晶衍射对比分析  45-47
  4.5 镜反射红外光谱对比分析  47-48
  4.6 C-V 测试分析  48-50
  4.7 霍尔效应测试分析  50-51
  4.8 本章小结  51-52
第5章共同辐照对电池电性能损伤机理探讨  52-61
  5.1 粒子辐照模拟  52-55
  5.2 电性能辐照损伤理论基础  55-56
  5.3 主要性能参数损伤因素探究  56-59
  5.4 本章小结  59-61
结论  61-62
参考文献  62-68
致谢  68

质子和电子共同辐照下GaAs/Ge太阳电池电性能退化研究

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