朱小锋,刘珉强,许献国

(中国工程物理研究院 电子工程研究所,四川绵阳 621999)

与Si基太阳能电池相比,Ga As太阳能电池的辐照可靠性高约20%,光电转换效率高20%～25%,在轨寿命高40%～60%。自20世纪80年代开始,Ga As太阳能电池应用于空间任务。空间辐射环境对光伏器件的影响主要来源于电子和质子产生的位移损伤效应[1-7]。研究表明,用于制造光伏器件的大多数材料(Si,Ga As,In GaP,Ge等)几乎只受位移损伤效应影响。中子对太阳能电池的位移损伤使少数载流子寿命降低、光致载流子收集和短路电流ISC减少,同时导致开路电压VOC降低,短路电流和开路电压使太阳能电池的最大输出功率Pmax下降。而中子对太阳能电池性能的退化和位移损伤研究尚不深入,需基于中子位移损伤实验,认识损伤规律,为建模仿真和加固设计提供参考。

1 实验设计

实验对象为三结太阳能电池单元。太阳能电池结构如图1所示。太阳能电池单元主要由三代三结空间太阳能电池片、硅旁路二极管、空间级玻璃盖片粘贴用硅橡胶、耐辐照玻璃盖片及互联条组成。电池主体外延材料为InGaP/GaAs/Ge,厚度为5～8μm。电池减反膜材料为氧化钛和氧化铝,厚度为50～300 nm。三结太阳能电池测试件参数如表1所列。

辐照实验平台为西安脉冲反应堆,处于稳态运行状态。样品安置在3#分系统级中子辐射效应实验装置内,n/γ值约为7.7×1011Gy(Si)-1·cm-2,内部尺寸为350 mm×300 mm×290 mm。中子注量测试设备采用活化片或其他测量设备。辐照累积中子注量Φn分别为3.1×1010,5×1011,3.6×1012,3×1013,1×1014cm-2。

2 实验结果

采用太阳模拟器测试系统对太阳能电池单元进行参数测试,太阳模拟器测试系统由太阳模拟器、太阳模拟器控制器、标准太阳能电池单元及I-V曲线测试仪组成。……