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【重點摘要】

1. 太空輻射會對太陽能電池造成損傷,限制了衛(wèi)星的能力和壽命。要減輕這種損傷,需要研究輻射對太陽能電池的退化機制。

2. 高能粒子與原子核的相互作用會導(dǎo)致位移損傷和晶體缺陷。這些缺陷會成為載流子復(fù)合中心,極大影響少數(shù)載流子的生命周期,從而影響太陽能電池的電性能。

3. 少數(shù)載流子的生命周期對輻射缺陷極為敏感,隨著缺陷濃度的降低而增加。熱退火可以恢復(fù)半導(dǎo)體材料中的缺陷。

4. 該論文用150 keV質(zhì)子輻照 GaAs/Ge 太陽電池,然后在120°C下進行退火。結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著輻射通量的增加,退火后缺陷恢復(fù)的比例降低。少數(shù)載流子的生命周期隨著缺陷濃度的降低而增加,這意味著太陽能電池的電性能有所改善。

5. 通過數(shù)值模擬計算了缺陷濃度和少數(shù)載流子的生命周期,并用實驗結(jié)果建立了一個改進的退火動力學(xué)方程。

太空輻射如何降低太陽能電池效率?

太空輻射造成的損傷會限制衛(wèi)星的使用壽命。近年來,科學(xué)家投入大量研究以了解輻射如何降低太陽能電池的效率。高能質(zhì)子與太陽能電池材料的原子核發(fā)生碰撞,會導(dǎo)致位移損傷和點缺陷。這些點缺陷成為載流子復(fù)合中心,加速正電洞與電子的再結(jié)合,縮短少數(shù)載流子的生命周期,最終降低太陽能電池的開路電壓與短路電流。因此,理解輻射損傷機制,開發(fā)更穩(wěn)定的太陽能電池材料對于提高衛(wèi)星任務(wù)壽命至關(guān)重要。

熱退火可部分恢復(fù)輻射損傷

由于太空任務(wù)的溫度條件往往高達100°C以上,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這種高溫可促進輻射損傷的恢復(fù)。使用150keV質(zhì)子輻照GaAs/Ge太陽電池,再在120°C下進行退火。結(jié)果顯示,隨著輻射流量增加,退火后仍存留較多未恢復(fù)缺陷;而少數(shù)載流子生命周期的延長則顯示太陽電池效率有所提升。這為研發(fā)高溫太陽能電池提供了依據(jù)。

改進退火動力模型預(yù)測太陽能電池性能

基于實驗數(shù)據(jù),該研究團隊建立了一個改進的退火動力學(xué)模型,可預(yù)測不同輻射損傷條件下的缺陷濃度。他們用此模型模擬了短路電流在退火過程中的變化情況,結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合得很好。這為預(yù)測太空任務(wù)中太陽能電池損傷和效能衰減提供了基礎(chǔ)。

Enlitech SS-ZXR AM0 穩(wěn)態(tài)標準太陽光模擬器確實可通過其設(shè)計實現(xiàn)功能應(yīng)用于三五族太陽能電池的測試:

1. IV曲線測試

2. 光譜響應(yīng)測試

3. 溫度系數(shù)測試

4. 高能粒子輻照退火效應(yīng)研究

主要原因有:

1. SS-ZXR提供精確、穩(wěn)定的光強度輸出,滿足IV測試要求

2. 光源模塊可以控制光譜參數(shù),可進行光譜響應(yīng)測試

3. 提供溫度控制平臺,可控制待測太陽能電池溫度

4. 光源強度和穩(wěn)定度足以用于輻照后的電池退火和性能評估實驗

所以SS-ZXR的各項功能和性能指標都匹配三五族太陽能電池不同測試和表征實驗的要求,是一款非常適合的太陽光模擬光源產(chǎn)品。

圖2 150 keV質(zhì)子輻照GaAs/Ge太陽電池的I-V特征曲線

圖3 150 keV質(zhì)子輻照GaAs太陽電池的電性能和EQE:(a) VOC、JSC 和 Pmax 的退化;(b) EQE