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

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

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

ます 劣化 し が 電気 的 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 場合、 劣化 が 関連 する に 値 実際の のみ の 変位 損傷 線量 。

今回の研究では、 結果が示さ 、 陽子 および試験の 中性子 照射 に対して 実行された 電子 三重接合 太陽 電池 および 関連する アイソタイプの サブセル 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 劣化の は、 の 各 セル タイプ ます 得られ によって プロットする 要素 残りの を ( 比 の 寿命 末期 EOL 値 と BOL 寿命開始 値 ) の 特定の 電気 パラメータ として 関数 こと 計算DDD された 。

2 説明 照射 サンプルの

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

図1: スキーム の 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、 構成されます で 、 ゲルマニウム 下部接合 得られる によって 拡散 への ゲルマニウム 中間接合 型基板 エネルギー 、 P ( I n)GaAs 約 ギャップ が eV が 1.38 の および 接合 上部 ギャップ の InGaP の eV エネルギー の の 1.85 。 コンポーネント セルは、 です 単接合( ) セル 電気的 および 光学的に 表現した サブセルを 内の TJセル SJ 。 したがって、それらを には 製造する 、 特別な 注意が まし 払われ ために 再現する 光学 的 厚さを の の 上層 た する すべて 内に TJ構造 存在 。 および 中間 の サブセル も 用の上部 DLTS 解析 た 、切断 直径 0.5 mm のダイオードとして製造されまし して エッチング 使用 を ためにメサ する エッジ 除去 欠陥を 関連する に 。

3 実験的 照射 手順

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

TJ 太陽 電池 と コンポーネント セルは、 ました （ 照射され を 陽子 と 電子 で さまざまな エネルギー と ルーエンス 表を参照 ） [6、 [8 。 しました 実験 データと の 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 に ため を の 精度 5 以上 得る パーセント ルーエンス について. 空間特性 評価 は、 た まし し て-実行 さ れ [3、 [12 活性 各吸収層の阻止能から を 使用 中性子 サンプル Al Co モニター 7 。 ]。 では、 この 研究, TJ 太陽 電池は た 近似されまし で セル セルs 単 接合 GaA 、 中間 セル セルが EOL ため で ある に 主に 影響を与える 全体 的な TJ 性能 における 。

の場合 高速中性子 核 からの 耳炉以下から 、 変位 ) 損傷 線量は できます 計算 を参照 ( [4 ] 。

ここで、 (E) は 損傷 関数 と ( れます 呼ば も 変位カーマ関数D ) の 単位 ( MeV cm2 、 φ ) は 中性子 スペクトル cm ルーエンス の n 単位— 2 MeV — 1 . 損傷 E 関数

]た 得られまし から SR-NIEL 計算機 利用可能な で [13 。では この 、 計算 スペクトル を参照 ルーエンスは 使用される ( ルーエンス です スペクトル リアクター TRIGA の 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 にも て 注意し こと A は 一番 関連する にのみ 下の セル

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

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

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

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、[ に関する 準位 によって誘発された深 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 実験 について 手順 と 技術 ます も説明されてい 。 特に 、 ダイオードは の 0.5 mm 直径 、サブセル ました 調製され して 同じ 使用 エピタキシャル 構造を の 中央の 。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。

大きい 比E2 振幅 の ピーク 電子 E1 が 。 こと さらに の 陽子 陽子 照射 サンプル に方がはるか も 照射 電子 サンプル より 7] . 、 ピーク E1 、 は 、 検出され a) で すべての 線量 の サンプル 照射 / b ) のみ検出され、c で 最高 た 線量 の サンプル 照射 。 解け なかっ から グラウンド バック の サンプル 照射 ) 最初は、中性子 は準位 E1 および E 2 deep 、 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 誘導される によって 照射 として電子 、 陽子 、 中性子の における ミドル サブ セル ダイオード の 関数 、 の DDD の E d = 21.5 eV.

DLTS 、 ピーク 高さにより 測定された 今後 、 でき する 損傷によって導入された E2 こと が - 決定 を 濃度 による 欠陥 - ずれ 位置 示されている に 図. [6、 2 値します の調​​査に 。

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 。 されました 照射 と 電子 に従って 陽子 、そして, 最初に, が 中性子 で TRIGA 電気 原子炉 の カサッチャ. 太陽 電池の 的 性能の 劣化が た まし れ さ た 分析 線量 損傷 ( さ DDD ) の関数として 誘導 変位 れ 計算-。 、SR NIEL アプローチ.

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

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