電子、陽子、中性子を照射した三重接合および単接合 InGaP/GaAs/Ge 太陽電池の NIEL 線量分析

NIEL 線量 分析 における 三重接合 および 単一接合

電子InGaP/GaAs/Ge 太陽 電池 照射した を 、

陽子 と 中性子

抽象的な

三重接合 (InGaP/GaAs/Ge) 太陽電池と単接合 (SJ) 太陽電池に電子、陽子、中性子を照射しました。残りの要因の劣化は、SR-NIEL (スクリーン相対論的非イオン化エネルギー損失) アプローチによって計算された誘導変位損傷線量 (DDD) の関数として分析されました。特に、この研究の目的は、電子と陽子で以前に得られたものと比較して、中性子照射による太陽電池の残留因子の変化を分析することです。現在の解析では、Pmax 電気パラメータの劣化が、通常の半経験的式によって、入射粒子の種類とは関係なく、変位線量に関連付けられていることが確認されています。 Isc パラメータと Voc パラメータも、変位損傷線量の関数として測定されました。さらに、中性子を照射したダイオード（中央のサブセルと同じエピタキシャル構造）に対して DLTS 分析を実行しました。

1 導入

は 、 予測 の 劣化 の, 電池 放射線による 太陽 存在する に 宇宙 環境, です 最も 重要 過酷 において 準備 た の 宇宙 ミッション に向け な 放射線軌道 。太陽電池放射線 太陽 分析は の セル です 必要 ために 予測する 寿命 終了性能 を (EOL) 、 の 電池アレイ 。劣化は の 太陽 電池の 電気的 性能 ます し 、 入射 粒子 、エネルギー、光量 の 、 中性子 電子 種類 ) ( 陽子、, など, に, 依存。

2 つの 方法論 。 現在、 を採用しています は 宇宙 は 関係者 ために を行う 太陽-軌道上の 電池 の性能 予測それ 等価 、 フルエンス 法です 開発された によって JPL (ジェット 推進 研究所- ) [2 。 も、 たとえ の石が いるとして 主 に 使用されて 彼ら 理由から 伝統 的な, 。 あります 欠点 が- 多数の照射 試験が必要になるという による 異なる 粒子 持つ さまざまな エネルギー と ルーエンスを. 、 より 最近, DDD の 太陽 アプローチ で 技術 セル 新しい が の でき- 、 する こと 予測 は、少ない数の照射試験から 電池 の EOL それどころか 挙動 を になり ます 分析 が 可能 な 迅速 。 重要な 点は、 この 方法の です。NIEL こと いる 基づいて に 計算線量 の NIEL (非 (非イオン化 イオン化エネルギー損失) エネルギー 損失) 線量 は, 、 、, 依存 に 量 の 損傷 永久 変位 、 引き起こされる によって 粒子 相互作用 内の デバイス し その 結果

ます 劣化 し 的 電気 が 性能。に従って、 このアプローチ 単一 の 特性 劣化 曲線 ます でき を取得 なく 関係 粒子の種類 に 、 劣化 が 場合 関連する のみに 値 実際の 線量 の 変位 損傷 、 。

今回の研究では、 結果が示さ 電子、 陽子 およびおよび 中性子 照射 試験の 実行された に対して 接合 太陽 電池 の 関連する アイソタイプサブセル 三重 ます れ 。 線量 は、 NIEL に依存する 変位 閾値エネルギー E d, ました。 取得され して 使用 を SR -NIEL ツール ( [4 ) 曲線 劣化を は、 の 各 セル タイプ ます 得られ によって プロットする ( 残りの 要素 寿命 比 の EOL 末期 値 と 寿命 BOL 開始 値 ) の 特定の 電気 パラメータ として 関数 こと の計算 されたDDD 。

2 説明 照射 サンプルの

InGaP/InGaAs/Ge TJ 太陽電池および コンポーネント セル は、 関連 AM0 効率 クラス 30%の (CTJ30) います て 製造され として 2 x 2 cm2 太陽 電池 および 0.5 mm 直径 ダイオード ( 上部 および 中間の のみ ) 1. 。 サブセル

図 1: のスキーム 三重結合 (TJ) および 単一結合 (SJ) アイソタイプ サブセルs (上、 中 、 下)。

太陽 電池 は、 れ で ゲルマニウム の 下部接合 得られる によって 拡散 への ゲルマニウム がP 型基板 、 、 中間接合 の (I n)GaAsの が エネルギー ギャップ 約 さ 1.38 eV および 接合 上部 ギャップ の InGaP の エネルギー 構成 ます eV 1.85 。 コンポーネント セルは です 単接合( SJ) セル 電気的 および 光学的に 表現した サブセルを 内の セル 、TJ 。 したがって、それらを には 製造する 、 特別な 注意が ました れ ために 再現する 的 厚 さ 光学 すべての の 上層 を 存在する 内に TJ構造 払わ 。 中間 の サブセル も 、 および上部 DLTS 解析用の ました 切断 mm のダイオードとして製造され 0.5 し 除去するためにメサ て を使用 エッチング エッジ 直径 欠陥を 関連する に 。

3 実験的 照射 手順

太陽 電池は れており、 測定さ で測定され、 BOL 条件 その後照射後に 自己 アニーリング 期間が可能です の 約 1 か 月 の場合は 電子 と 陽子 、 2 か 月約 の場合は 中性子 。

TJ 太陽 電池 と コンポーネント セルは、 （ 表 た 照射 さ れ まし さまざまなエネルギーとルーエンスで 陽子 と 電子 を を参照 ） [6、 [8 。 しました 実験 データと の 活性化 率 、 対応する 断 面積を の さまざまな 元素 10] 。 太陽 電池は、 ました 照射され 一緒に と モニター サンプル使用 ために を得る 以上 の パーセント 5 、 精度 について 中性子 ルーエンス. 空間特性 評価は ました され を使用して から Al -Co モニター サンプル [3、 [12 。 実行 阻止 能 。 の 各 吸収 層 7 ]。 では この 研究, TJ 太陽 電池は ました。 近似され で GaA 、s セル 単接合 セル 、 中間 が セル ため で ある セル 主に 影響を与える 全体的 な TJ 性能に における EOL

の場合 高速 中性子 からの 核耳炉 、 変位 参照) 損傷 線量は以下から できます ( 計算 ] [4 を 。

ここで、 (E) は 損傷 関数 D ( ます れ とも呼ば 変位カーマ関数) の 単位 cm MeV 、 2 ) φ( は 中性子 スペクトル ルーエンス n の 単位 cm— 2 MeV — 1 . 損傷 関数 E

]ました 得られ から SR-NIEL 計算機 利用可能な で [13 。では、 この 計算 使用 スペクトル スペクトル ルーエンス される です は ルーエンス の TRIGA を参照 リアクター ( セクションIII )。

次の半経験的な方程式は に使用されます 残りの 係数 (RF par ) の実験的な 各 電気 パラメータ としての 関数 、 の DDD。

です A、 C 、 DDD x itパラメータ 。 ください て も し 注意 ことに A は一番 のみ 関連する に 下のセル 。

変位 閾値 に関する エネルギー, Ｅ ｄ は、, た られ して を 使用 ルーチン 的に する 差 曲線 全体 （ ＳＲＲＤ 化 ） 相対 平方根 の を 最小 点 求め 。

図. 4. が ます 中性子 価値 注目する 、 場合 の, NIEL 計算された は あり ほぼ 依存しないことに に 値 。 の E d.

ことによって 検査する を 図. 4 , なく に 種類 関係 の 入ってくる粒子 。

図 2: 最適 化 P max 劣化 曲線の の TJ、 中間 セル、 上部 セル、 および 下部セル 。

5 DLTS 分析

DLTS 、 [文献] 研究は 深 準位に関する によって誘発された 中性子照射 実行され ました を使用して サンプル 記載されている に 7 。では、 これらの 記事 手順 実験 と 技術 について ています も説明され 。 特に 、 ダイオードは の 0.5 mm 直径 、て ました。 され 調製 を サブセルの同じ 使用 し 構造 中央の エピタキシャルスペクトル DLTS た - 得られ から ミドルセル ダイオード 照射された

電子、陽子、中性子が図に示されており 3 、観察できます。

図 3: 比較 の DLTS 。 スペクトル の 中間 接合 照射された で 陽子 (3. 69 x 10 10 MeV g - 1 )、 電子 (1. 07 x 1010 MeV g - 1 ) 、および 中性子 (9. 96 x 1010 MeV g - 1 ) それぞれ. 放出 速度 = 46 秒 、 1 , パルス 幅= 500 μs、 逆 電圧 V r = - 1.5 V、 パルス 電圧 V 1 = - 0.1 V。

さらに 比 こと の ピーク 振幅 E2/E1 E1 、 ピーク の が 照射サンプルよりも陽子 はるか に 。大きい 方 は が電子 照射 サンプル 7] . 、 a ) 照射 電子 ) 、 b の れ 検出 さ で 線量 の すべて 陽子 照射 さ 検出 で のみ れ、c) 最初は、 線量 最高 の サンプル サンプル から解けなかった バック グラウンド の サンプル 照射 中性子 。 、 準位 E1 および E 2 deep は ました 特定され として 多数 キャリア トラップ 内の p 。-型 バルク ベース 7] .

図 4: 濃度 E2 トラップの される 誘導 によって 照射、 陽子 、 中性子 の 電子 サブ セル ダイオード における としての、 ミドル 関数 の DDD の E d = 21.5 eV.

DLTS 、 ピーク 高さにより 測定された でき ことが を決定する E 、2 欠陥 濃度 - 導入 された によって 位置ずれ 損傷 - による いる 示されて に 図. [6、 2 ます に値し今後の調​​査 。

6 結論

TJ InGaP/GaAs/Ge 太陽 電池 および 関連 コンポーネントセル に、 た。 照射され まし と 電子 、 陽子 そして, 最初に, が 中性子 で TRIGA カサッチャ 原子炉 の 太陽. 電池 の 電気 的性能の 劣化が ました れ さ 分析 れ として 損傷 変位 線量( さ DDD )の関数 た 。 に従って 誘導-計算 、SR NIEL アプローチ.

、 実験的に 得られた 残留 力 率は ます よく 表され で の 半 経験 的 式 単一 として 。 関数 の DDD. さらに、 E, 濃度 は の 深 、2 準 位 ました わかり 依存する が に 的 直線 ほぼ 粒子の種類に依存する傾き こと DDDに て 持っ を 。

今回 の 結果により、 あります。 使用 は の 中性子 粒子、 が なる可能性 候補と ための テストする 太陽 電池の 劣化を のための 応用 での 宇宙 環境.