Russian Federation
The paper presents results of experimental study of degradation of GaAs/Ge solar cells under neutron and electron irradiation. The paper also presents a test method for evaluation of the life-time of GaAs/Ge solar cells under space ionizing irradiation based on the use of irradiation by fast reactor neutrons.
solar cells, neutron irradiation, photo-electric parameters, quantum efficiency spectra, light current-voltage characteristics.
I. Введение
Солнечные батареи (СБ), изготовленные на основе полупроводниковых соединений A3B5, находят широкое применение в системах энергообеспечения космических аппаратов. Это обусловлено рядом факторов: высокой эффективностью преобразования солнечной энергии (КПД); возможностью варьирования ширины запрещенной зоны материалов A3B5 для максимального «захвата» солнечного спектра путем создания твердых растворов на их основе; относительно высокой стойкостью к воздействию ионизирующих излучений (ИИ) космического пространства (КП) [1-4]. Такие структуры могут выращиваться методом металлоорганической гидридной эпитаксии (MOCVD – metal-organic chemical vapor deposition) или молекулярно-лучевой эпитаксии. При этом данные структуры могут выращиваться как на подложках из полупроводниковых соединений A3B5, так и на подложках из сильнолегированного германия. Воздействие ИИ КП приводит к образованию в полупроводниковых материалах структурных дефектов, в результате чего изменяются основные фотоэлектрические параметры СБ: снижается коэффициент полезного действия (КПД), ток короткого замыкания, напряжение холостого хода и коэффициент заполнения. Также может наблюдаться изменение спектра квантовой эффективности, особенно в его длинноволновой части.
В настоящее время для расчетно-экспериментального моделирования деградации СБ в условиях ИИ КП в основном применяются два подхода. Первый метод основан на определении эквивалентного по уровню деградации флюенса электронов с энергией 1 МэВ, падающих нормально к поверхности СБ. Он был разработан в Jet Propulsion Laboratory (JPL), США, и далее по тексту он будет называться JPL-методом. Второй метод основан на определении дозы структурных повреждений для заданных радиационных условий на борту КА. Этот метод был разработан в Naval Research Laboratory (NRL), США, и далее по тексту он будет называться NRL-методом.
1. Green M.A., Emery K., King D.L. et al. Solar Cell Efficiency Tables (Version 23). Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 2004, vol. 12(1), pp. 55–62.
2. Iles P.A. Evolution of Space Solar Cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2001, vol. 68(1), pp. 1–13.
3. Karam N.H., King R.R., Haddad M. et al. Recent Developments in High-Efficiency Ga0.5In0.5P/GaAs/Ge Dual- and Triple-Junction Solar Cells: Steps to Next Generation PV Cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2001, vol. 66(1), pp. 453–466.
4. Schermer J.J., Mulder P., Bauhuis G.J. et al. Thin-Film GaAs Epitaxial Lift-Off Solar Cells for Space Application. Progress in Photovoltaics: Research and Application. 2005, vol. 13, pp. 587–596.
5. Messenger S.R., Summers G.P., Burke E.A. et al. Modeling Solar Cell Degradation in Space: A Comparison of the NRL Displacement Damage Dose and the JPL Equivalent Fluence Approaches. Progress in Photovoltaics: Research and Application. 2001, vol. 9, pp. 103–121.
6. Wang R., Lu M., Liu Y., Feng Zh. Displacement Damage Dose Used for Analyzing Electron Irradiation-Induced Degradation of GaInP/GaAs/Ge Space Solar Cells. Science China: Physics, Mechanics & Astronomy. 2001, vol. 54, suppl. 2, pp. s296–s299.
7. Messenger S.R., Burke E.A., Summers G.P., Walters R.J. Application of Displacement Damage Dose Analysis to Low-Energy Protons on Silicon Devices. IEEE Trans. Nucl. Sci. 2002, vol. 49, no. 6, pp. 2690–2694.
8. Tapero K.I. Degradation of GaAs/Ge solar cells due to displacement damage caused by fast neutrons. ISROS 2014 Proceedings, Toulouse, France, 16-20 June 2014.
