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《哈尔滨工业大学》 2011年
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质子和电子辐照下三结非晶硅太阳电池性能衰退研究

姚占伟  
【摘要】:本文通过地面模拟空间环境实验,研究了100keV电子、质子以及100keV电子和质子综合辐照对三结非晶硅太阳电池的辐照损伤效应。同时,作为对比,进行了1MeV电子辐照试验。 通过太阳电池辐照前后I-V特性测试,揭示了粒子辐照后太阳电池电性能参数的变化规律。通过暗电流-电压曲线、量子效率、光学反射率和表面形貌的测试和分析,研究了三结非晶硅太阳电池辐照后PN结和表层材料性能的变化,为非晶硅太阳电池辐照损伤分析提供依据。通过使用软件Casino和SRIM分别进行了电子辐照损伤和质子辐照损伤模拟,结合太阳电池性能变化数据,分析了不同类型粒子辐照对太阳电池的辐照损伤机理。 研究结果表明:100keV电子辐照,对非晶硅太阳电池电性能造成严重的损伤;在注量为5×10~(15)时,太阳电池已经失效。1MeV电子辐照后,电池性能衰减较多,但衰减程度小于100keV电子。100keV质子辐照后,电池的电性能衰减较少。100keV电子综合辐照后,电池性能损失大于100keV电子。经电子辐照后,太阳电池的串联电阻增加,并联电阻减小;而在质子辐照后,串并联电阻变化不大。量子效率测试结果表明,在1MeV电子辐照后,量子效率随辐照注量的增加而下降;在最大注量下,100keV比1MeV电子量子效率衰减更多。由光学反射率测试结果可知,在电子和电子质子综合辐照后,反射率上升,而在质子辐照后,反射率随着注量增大先增加后减小。原子力测试结果表明,太阳电池表面形貌在电子辐照后变化不大,而在质子和综合辐照后,表面有锯齿形形貌出现。 100keV电子和1MeV电子辐照均对太阳电池造成了严重损伤,并且100keV电子辐照损伤要大于1MeV电子。由于电子穿透能力较强,对整个太阳电池造成了损伤,但1MeV电子大部分能量消耗在衬底中,辐照损伤要弱于100keV电子。100keV质子辐照后,电池性能损伤较小,质子由于穿透能力较弱,大部分停留在表层材料中,仅对第一个PN结造成损伤,辐照损伤较弱。100keV电子质子综合辐照后,电池性能衰减较100keV电子严重,但比100keV电子和质子单独辐照损伤叠加要小。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM914.4

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