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 。 としても、 たとえ の石 が 主 に 使用されていた 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 を持つ さまざまな エネルギー と ルーエンス. 、 より 最近, DDD の 太陽 アプローチ では 技術 セル 新しい が の でき- 、 する こと 予測 、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 および照射 中性子の 試験 の 実行された に対して 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 劣化計算 は、 の 各 セル タイプ 得 られます によって プロットする ( 残りの 要素 寿命 、 を EOL 末期 値 と 寿命 BOL 開始 値 の比率) の 特定の 電気 パラメータ として 関数 こと のさ 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 アニーリング 期間 が可能です 自己 約 1 か 月 の場合は 電子 と 陽子 、 約 2 か の月 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 の 活性化 率 と、 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 ] されました 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。

サンプル 比 が の ピーク 振幅 E2/E1 の の すべて さ 、 E1 は 照射 れた a ) b 電子 検出 7] . 線量 で れ 、電子照射されたサンプルよりも陽子照射されたサンプルの方がはるかに大きいこと。さらに、ピーク さ 中性子 サンプルの 、 た さ れ 照射 陽子 ) 最高 線量 で は 最初 c ) 、 れ 、 さ のみ 検出 から解けなかった バック グラウンド の サンプル された 照射 。 、 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 ダイオード 内 サブセル の 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 。 表さ れます よく 経験 的 な 式 で 半 の DDD の関数 単一 として さらに. 、 E, 濃度 は の ディープ 、2 準 位 ました ことがわかり ほぼ 直線的に依存する に DDD て 傾き を 持っ 依存する に 粒子 の種類 。

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.