高效三结gaas太阳电池辐照损伤效应研究及仿真分析

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1、硕士学位论文高效三结GaAs太阳电池辐照损伤效应研究及仿真分析DAMAGEEFFECTSANDSIMULATIONONHIGHEFFICIENCYTJ-GAASSOLARCELLSUNDERRADIATIONENVIRONMENT郭宏亮哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TM914.4学校代码：10213国际图书分类号：621.383密级：公开工学硕士学位论文高效三结GaAs太阳电池辐照损伤效应研究及仿真分析硕士研究生：郭宏亮导师：吴宜勇教授申请学位：工学硕士学科：材料科学与工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单

2、位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM914.4U.D.C:621.383DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDAMAGEEFFECTSANDSIMULATIONONHIGHEFFICIENCYTJ-GAASSOLARCELLSUNDERRADIATIONENVIRONMENTCandidate：GuoHongliangSupervisor：Prof.WuYiyongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Mate

3、rialScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要三结砷化镓太阳电池工艺和结构优化使其效率可达30%以上，将成为空间太阳电池服役的主要产品。本文将利用空间环境地面模拟装置以及相关太阳电池分析技术，对比研究在空间电子和质子辐照条件下两类高效电池的电性能退化规律，通

4、过光谱响应，光致发光光谱和时间分辨荧光光谱分析了其损伤机理。以此实验为基础，利用PC1D软件模拟三节砷化镓太阳电池电性能行为，为太阳电池结构设计及工艺优化提供理论基础。研究结果表明，1MeV电子辐照对三结电池造成均匀辐照损伤，其中中结GaAs子电池的电性能退化更为显著，成为三结电池输出性能的控制子电池。质子辐照较高能电子辐照损伤更为显著，且由于低能质子射程不同，70keV质子辐照只引起顶电池的位移损伤和性能退化，而150keV质子辐照则同时导致顶电池和中电池的损伤，使三结电池的性能退化更显著。论文研究中建立了11BP734和12GPB型三结电池电性

5、能随辐照注量的退化方程。通过光谱响应测量和仿真分析表明，在所研究的两类电池中，12GPB电池由于其在结构上顶电池和中电池较薄，且在顶电池和中电池的底部设计制备了背反射层，其具有更高的效率和抗辐射性能。高能电子和质子辐照在其射程范围内产生位移损伤，降低了电池的量子效率和荧光发射率。低能质子辐照时位移损伤效应更强烈，使得其量子效率和荧光发射率下降更显著。时间分辨及静态荧光光谱分析表明，粒子辐照位移损伤导致少数载流子寿命下降。利用时间分辨及静态荧光光谱计算了11BP734和12GPB型两类电池的少数载流子寿命衰减系数，发现12GPB电池的少子寿命衰减较小

6、，表明12GPB电池工艺和结构设计使其具有较好的抗辐射损伤性能。基于上述实验结果并利用PC1D软件，通过调整少子寿命建立了电池在原始状态、均匀损伤状态和非均匀损伤状态的太阳电池模型。结果表明，少子寿命的降低会引起能带结构和电池内部电流的变化，进而引起宏观电性能的改变。对于三结电池，利用电路仿真模拟将各子结连接起来，得到在不同少数载流子寿命条件下三结电池的I-V曲线。因此通过PC1D软件和电路分析，将空间辐照环境损伤效应、少数载流子寿命和三结电池电性能的退化联系起来，预测三结乃至多结太阳电池在轨服役过程中的电性能退化。关键词：高效三结太阳电池；辐照损

7、伤；器件模拟；少数载流子寿命；荧光效率-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractNowadaysthreejunctions(TJ)solarcellshaveconversionefficiencyashighas30%afterprocedureandconfigurationoptimization,whichisbeingthemajorproductsusedinspace.Usingaground-basedspace-environmentsimulatorandsomecomplementarytechniquestoch

8、aracterizesolarcells,thebehaviorsofdegradationoftwokindsofhig