전자, 양성자 및 중성자로 조사된 삼중 및 단일 접합 InGaP/GaAs/Ge 태양전지에 대한 NIEL 선량 분석

NIEL 선량 분석 대한 삼중 에 및 단일 접합

전자가 InGaP/GaAs/Ge 태양 전지 된 조사 ,

양성자 와 중성자

추상적인

삼중접합(InGaP/GaAs/Ge) 및 단일접합(SJ) 태양전지에 전자, 양성자, 중성자를 조사했습니다. 나머지 요소의 분해는 SR-NIEL(Screened Relativistic Non Ionizing Energy Loss) 접근법을 통해 계산된 유도 변위 손상 선량(DDD)의 함수로 분석되었습니다. 특히, 본 연구의 목적은 이전에 전자와 양성자로 얻은 인자에 대해 중성자 조사로 인한 태양전지 잔존 인자의 변화를 분석하는 것입니다. 현재 분석에서는 Pmax 전기 매개변수의 저하가 들어오는 입자 유형과 관계없이 일반적인 반경험적 표현을 통해 변위 선량과 관련되어 있음을 확인합니다. Isc 및 Voc 매개변수도 변위 손상 선량의 함수로 측정되었습니다. 또한, DLTS 분석은 중성자로 조사된 중간 하위 셀과 동일한 에피택셜 구조를 가진 다이오드에 대해 수행되었습니다.

1 소개

예측 은 의 태양 전지 열화 , 인한 으로 방사선 존재하는 에 우주 환경 , 합니다 가장 중요 있어 데 준비 하는 를 우주 임무 향한 가혹한 방사선 궤도를 . 방사선 이 분석 태양전지 어레이 의 합니다 필요 태양 하려면 수명 종료 예측 을 (EOL) 성능 의 전지 . 저하는 의 태양 전지 전기적 성능 따라 달라집니다 에 , 광도 , 양성자 입사 종류 중성자 의 입자 ( 에너지 전자 , , , , 등 , ) .

두 가지 방법론을 있습니다 현재 채택하고 들은 우주 ( 행위자 위해 수행하기 궤도 -방법 태양 전지 성능 예측을 : 등가 플루언스 Equivalent Fluence) ] 개발한 에서 JPL ( 제트 추진 연구소 - ) [2 . 비록 다양한 그들의 돌이 사용되더라도 주로 하여 많은 때문에 그 전통 최근 , 보다 하다는 단점이 있습니다 . 반대로 - 수의 조사 테스트가 서로 다른 입자를 갖는 에너지 와 광도 를 . 의 DDD 사용 , 방식 접근 테스트 은 조사 신흥 하므로 데 을 하는 예측 - EOL 동작 의 전지 전지 줄여 태양 동의 를 횟수 필요 있습니다 할 분석 하게 수 기술을 신속 . 핵심 측면은 이 방법 의 이며 한다는 기반 으로 계산 선량 을 . NIEL , ( 비 이온화 에너지 손실 ) 점 이는 , 따라 집니다 , 달라 에 양 의 하는 영구 변위 손상 발생 으로 입자 상호 내부 장치 의 인해 작용

저하 됩니다 ​ 전기적 이 ​ 성능 .따르면 이 단일 을 특성 저하 곡선 수 얻을 있습니다 없이 에 입자 유형 선량 경우 열화 가 관련된 관계 에만 실제 의 값 변위 손상 에 . 접근법

본 연구에서는 결과가 전자, 양성자 및 중성자 에 조사 테스트 의 수행된 대해 삼중 접합 태양 전지 및 관련 iso 형 하위 전지 됩니다 제시 . 선량 은 NIEL 에 의존하는 변위 임계 에너지 Ed 를 , 습니다 얻었 하여 사용 ( SR -NIEL 도구 ] ) [4 . 은 곡선 성능 저하 주어진 에 대한 각 셀 유형 습니다 얻 하여 표시 나머지 요소 를 ( 비율 의 수명 종료 EOL 값 과 BOL 수명 시작 값 ) 전기 된 매개 변수 로 함수 의 DDD 계산 의 .

2 설명 조사된 샘플 에 대한

InGaP/InGaAs/Ge TJ 태양 전지 및 구성 요소 셀은 갖춘 를 AM0 효율 등급 30% (CTJ30) ( 되었습니다 x 제조 2 cm 2 태양 2 전지 및 mm 0.5 직경 다이오드 로 상단 및 중간 하위 셀만 해당 ) 1. TJ 관련

그림 1: 스키마 의 삼중 접합(TJ) 및 단일 접합(SJ) 이소형 하위 셀 s (상단, 중간 및 하단) .

태양 전지는 게르마늄 구성 으로 하부 이 접합 게르마늄 된 이 확산 P 인 형 기판 , 중간 접합 의 ( ) 정도 에너지 갭 n 됩니다 1.38 eV 인 상부 접합 갭 InGaP eV , 에너지 I 에 . 1.85 GaAs 구성 요소 셀 은 입니다 단일 접합 ( SJ 셀 전기적 및 광학적 표현 인 하위 셀의 내부 TJ 셀 ) . 따라서 위해서는 제조 이를 특별한 주의 였습니다 기울 하는데 재현 를 광학적 를 두께 의 모든 상위층 하는 존재 에 구조 TJ 하기 . 및 중간 하위 셀 도 상단 DLTS 위한 분석을 되었습니다 . 절단 직경 0.5mm의 다이오드로 제작 하여 식각 사용 을 메사 위해 하기 결함 제거 을 가장자리 관련된 과

3 실험적 조사 절차

태양 전지는 되었으며 측정 에서 그리고 BOL 조건 후에 조사 어닐링 기간을 허용합니다 자체 약 1 개월 의 경우 전자 와 양성자 , 2 개월 의 중성자 의 경우 약 .

TJ 태양 전지 및 구성 요소 은 ( 되었습니다 조사 로 와 전자 다른 양성자 에너지 및 광량 에서 표 참조 [6, [8 . 사용하여 실험 데이터를 의 활성화 속도 및 해당 에 단면적 대한 다양한 . 요소 10] 태양 전지 는 되어 조사 함께 과 모니터 샘플 서로 습니다 얻었 퍼센트 이상의 . 5 공간 정확도 대한 중성자 광량 . 는 특성화 되었습니다 수행 사용 에서 Al -Co 모니터 샘플 [3, [12 을 하여 저지력 흡수층 의 ) 각 에 를 7 셀 에서 이 연구 , TJ 태양 전지는 되었습니다 근사화 셀로 단일 셀 s . 접합 주로 왜냐하면 중간 EOL 셀이 입니다 . 셀 이기 때문 영향 을 미치는 TJ GaA 성능 에 전체 에서

경우 고속 중성자 의 원자로 을 의 변위 다음 손상 선량은 수 있습니다 ( 계산할 참조 ). [4 ] 통해

여기서 D(E) 는 손상 . 함수 ( ) 함 는 변위 커마 함수 라고도 이고 의 단위 cm MeV 언스 2 Φ E) 입니다 중성자 스펙트럼 루 단위 의 n cm — 2 MeV — 1 . 손상 함수 (

] 습니다 얻었 에서 SR-NIEL 계산기 사용 가능한 에서 [13 . 에 현재 원자로 계산 스는 TRIGA 스펙트럼 루엔 사용된 섹션 ( 입니다 것 에 대한 ) III 참조 .

다음 반경험적 방정식 에 사용됩니다 잔여 인자 (RF par ) 의 실험적 전기 매개 변수 각 로서 의 함수 은 DDD .

입니다 A, C 및 DDD x it 매개변수 . 점 해야 또한 합니다 유의 에 A 는 에만 관련이 있다는 맨 아래 셀 .

변위 임계 값 에너지 , Ed 는 , 했습니다 구 하여 을 사용 루틴 적 하는 전역 상대차 ) 으로 최소화 ( 제곱근 SRRD 의 점 대해 곡선에 itted 를 .

그림 . 4. 있습니다 가치 가 주목할 점 에 경우 중성자 , NIEL 계산된 은 이라는 거의 독립적 에 값 . E d 의 .

합니다 검사 을 그림 . 4 , 없이 관계 과 유형 입자의 들어오는 .

그림 2: 최적 I입니다 P max 저하 곡선 의 에 대한 TJ, 중간 셀, 상단 셀 셀 및 하단 .

5 DLTS 분석

DLTS ] 조사는 깊은 수준 에 관한 에 의해 유도된 중성자 조사 수행 되었습니다 . 사용하여 샘플을 된 설명 7 에 에서는 해당 기사 실험 . 절차 와 기술 되었습니다 도 논의 특히 , 다이오드를 의 0.5 mm 직경 에피 택셜 . 하였다 하여 동일한 이용 제조 구조를 과 중간 서브셀 DLTS 로부터 스펙트럼 - 얻은 된 중간 셀 다이오드 조사

전자, 양성자 및 중성자가 있는 경우 - 그림 1에 표시되어 있습니다. 3 관찰할 수 있습니다.

그림 : 방출 비교 스펙트럼 — 3 DLTS 접합 의 조사된 에 의해 양성자 (3. 69 x 10 10 MeV g — 1 ), 전자 (1. 07 x 1010 MeV g — 1 ) 및 중성자 (9. 96 x 1010 MeV g ) 1 각각 중간 . 속도 = 46 s — 1 , 펄스 폭 =500 μs, 역 전압 V r = — 1.5 V, 펄스 전압 V 1 = — 0.1 V.

비율 이 전자 의 피크 진폭 E2/E1 a E1 은 피크 전자 . 조사 샘플 ) 보다 양성자 조사 샘플에서 훨씬 더 큰지 확인합니다 b , 또한 되었으며 검출 7] . 조사 된 샘플 모든 의 된 조사 가 선량 가 ) 양성자 에서만 , 검출 에서 샘플 의 ) c 되었으며 , 선량 으로 중성자 높은 마지막 가장 경우 풀려나지 않았습니다 배경 에서 에서는 샘플 조사된 로 . 은 E1 . 및 E 2 깊은 레벨 되었습니다 식별 으로 다수 캐리어 트랩 에서 p ​-형 벌크 베이스 7] .

그림 4: 농도 E2 트랩 의 된 유도 하여 , 하위 양성자 및 중성자 를 전자 셀 다이오드 조사 에서 중간 로서 의 함수 인 DDD E d = 21.5 eV .

피크 DLTS 높이는 그림 측정된 수 있으며 사용할 하는 결함 조사 2 농도 를 - E 데 발생한 으로 인해 - 손상 변위 에 표시된 결정 추가 . [6, 2 합니다 가 필요 .

6 결론

TJ InGaP/GaAs/Ge 태양 전지 및 관련 구성 요소 전지는 되었습니다 중성자 조사 로 전자 와 양성자 및 , 내부적 , 으로 NIEL 에서 TRIGA . 원자로 의 Casaccia . 태양 전지 전기 성능 저하 되었습니다 분석 로 함수 따라 의 유도 된 변위 . 손상 선량 ( DDD ) 계산 에 SR 가 -방식 접근 .

실험적 으로 얻은 . 나머지 역률 은 됩니다 잘 표현 으로 단일 ​ 반 경험적 표현 로서 함수 의 의 DDD 으로 . 또한 를 , 농도 는 에 E 수준 2 깊은 적 났습니다 하는 거의 선형 에 DDD 갖는 기울기 달라지는 따라 입자 의존 유형 것으로 나타 .

현재 중성자 결과는 만듭니다 을 우주 사용 입자 의 . 로 가능한 후보 에 테스트 태양 전지 성능 저하 위한 하기 적용 환경 에 .