NIEL Analiza dawek potrójnych i pojedynczych ogniw słonecznych InGaP/GaAs/Ge napromieniowanych elektronami, protonami i neutronami

NIEL dawki Analiza na potrójnym pojedynczym i złączu

InGaP/GaAs/Ge słoneczne ogniwa napromieniowane elektronami ,

protony i neutrony

Abstrakcyjny

Ogniwa słoneczne o potrójnym złączu (InGaP/GaAs/Ge) i o pojedynczym złączu (SJ) napromieniowano elektronami, protonami i neutronami. Degradację pozostałych czynników analizowano w funkcji dawki wywołanej przemieszczeniem (DDD) obliczonej metodą SR-NIEL (Screened Relativistic Non Ionizing Energy Loss). W szczególności celem pracy jest analiza zmienności pozostałych czynników ogniw słonecznych pod wpływem napromieniowania neutronami w stosunku do wcześniej uzyskanych dla elektronów i protonów. Aktualna analiza potwierdza, że ​​degradacja parametru elektrycznego Pmax jest powiązana za pomocą zwykłego wyrażenia półempirycznego z dawką wyparcia, niezależnie od rodzaju nadlatującej cząstki. Zmierzono także parametry Isc i Voc w funkcji dawki uszkodzeń przemieszczeniowych. Ponadto przeprowadzono analizę DLTS na diodach – o tej samej strukturze epitaksjalnej co środkowa podogniwo – napromieniowanych neutronami.

1 Wstęp

Przewidywanie ​ degradacji słonecznych ogniw ​, na skutek promieniowania występującego w kosmicznym środowisku , ma pierwszorzędne ​ znaczenie w przygotowaniu ​ misji kosmicznych na trudne . radiacyjne orbity Analiza promieniowania ich słonecznych ogniw jest wymagana do przewidzenia wydajności koniec eksploatacji pod (EOL fotowoltaicznych systemów ) . Degradacja parametrów słonecznych ogniw elektrycznych ​ zależy od energii , jasności elektrony i rodzaju , cząstek padających , ( .neutrony , protony , itp , . )

dwie metodyki stosują obecnie się zajmujące Podmioty kosmiczną przestrzenią przewidywania orbicie na -​ słonecznych wydajności przez : metoda równoważnej fluencji JPL opracowana ogniw Laboratorium ( Odrzutowego Napędu ) - ] [2 . Nawet jeśli ich kamień jest głównie że używany ze względu na swoje dziedzictwo , on ma tę wadę , - wymaga dużej testów z różnymi cząstkami o różnej energii i jasności . Wręcz przeciwnie , , nowsze , , DDD podejście pozwala przewidzieć zachowanie EOL liczby napromieniania - ogniw słonecznych , zaczynając od zmniejszonej nowych liczby testów napromieniowania co pozwala na szybką . analizę ogniw technologii . Kluczowym aspektem tej metody jest ona się opiera na obliczeniu dawki NIEL niejonizującej nich ( straty energii ​ z ) , która , z kolei , zależy od wielkości ​ uszkodzeń trwałego przemieszczenia , wywołanych interakcjami cząstek wewnątrz urządzenia wynikających i to że

w pogorszeniu ​ jego ​ elektrycznych parametrów .Stosując podejście pojedynczą ​ charakterystyczną degradacji krzywą można otrzymać spowodowanego niezależnie od cząstki rodzaju , gdy degradację przemieszczeniem odniesie się do rzeczywistych uszkodzenia wartości dawki jedynie to , .

W niniejszej pracy wyniki badań elektronami, protonami i nimi neutronami napromieniania , przeprowadzonych na potrójnych słonecznych ogniwach i powiązanych z iso typu subogniwach zostaną zaprezentowane . NIEL Dawki zależne od Ed energii progowej wyznaczono za , przemieszczenia pomocą narzędzia ) SR - ( ] NIEL [4 . Krzywą degradacji ​ typu dla każdego ogniwa uzyskuje się ​ poprzez wykreślenie pozostałych koniec współczynników ( stosunek wartości na okresu EOL eksploatacji do początek okresu BOL ) danego elektrycznego parametru wartości w funkcji na DDD obliczonego . eksploatacji

2 Opis napromienianych próbek

InGaP/InGaAs/Ge TJ i Ogniwa słoneczne powiązane ogniwa składowe o 30 klasie efektywności AM0 伍 ( CTJ30) zostały wyprodukowane mm jako 2 x 2 cm 2 słoneczne ogniwa i 0.5 ( o średnicy diody tylko górne i środkowe ogniwo sub ) 1. TJ %

Rysunek 1: Schemat podkomórki złącza (TJ) i pojedynczego złącza (SJ) potrójnego izotypu s (góra, środek i dół).

słoneczne Ogniwo z składa się dolnego germanu uzyskanego złącza w wyniku do niemieckiego podłoża , , typu P środkowego ( złącza którego In ) , energetyczna przerwa wynosi około 1.38 eV oraz górnego InGaP złącza z dyfuzji wynoszącą przerwą energetyczną GaAs eV 1.85 . składowe Ogniwa to jednozłączowe , (SJ) ogniwa które stanowią elektryczną i optyczną reprezentację komórek podrzędnych wewnątrz ogniwa TJ . Dlatego przy produkcji ich szczególną uwagę poświęcono ​ odtworzeniu ​​ grubości optycznych ​ wszystkich ​ górnych ​ warstw występujących w konstrukcji TJ .Górne i środkowe subdo ogniwa analizy lub DLTS celu zostały również wyprodukowane jako diody o średnicy 0,5 mm mesa - etch w usunięcia z defektów krawędziowych związanych użyciu cięciem przy .

3 Eksperymentalna napromieniania procedura

słoneczne Ogniwa mierzono pozwoliło w BOL warunkach następnie po napromienianiu, co samowyżarzanie trwające około miesiąca jednego miesięcy dla elektronów i protonów oraz około dwóch , a na dla neutronów .

TJ słoneczne Ogniwa i składowe ogniwa zostały napromieniowane procentową protonami monitorowymi i elektronami przy różnych energiach i luencjach patrz tabela [6, [8 ] wykorzystując eksperymentalne dane dotyczące aktywacji szybkości i odpowiednich poprzecznych przekrojów , różnych , pierwiastków 10] . słoneczne Ogniwa napromieniowano absorbującej razem z próbkami . siły aby uzyskać neutronów lepszą niż 5 dokładność Charakterystykę luencji w Co . przestrzenną ​ przeprowadzono na pomocą za Al -] monitora próbki [3, [12 ) podstawie hamowania każdej warstwie . ​ ​ ] 7 ( W tej pracy , TJ słoneczne ogniwo zostało przybliżone za ogniwa GaA s z złączem , ponieważ to środkowe ogniwo głównie ​ na wpływa TJ pomocą ogólną w wydajność pojedynczym EOL .

przypadku szybkich neutronów z jądrowych ucha reaktorów dawkę przemieszczeniem uszkodzeń spowodowanych można obliczyć W (patrz [4 ]) z:

gdzie D(E) to funkcja uszkodzenia MeV ( nazywana także funkcją przemieszczenia kermy ) w jednostkach cm , ( 2 a E to jasność neutronów widma ) w n cm — 2 MeV — 1 . uszkodzenia Funkcje φ

uzyskano - z NIEL kalkulatora SR dostępnego w [13 ]. W obliczeniach niniejszych ​ jasność widmową ​ wykorzystano ​ reaktora ​ III TRIGA sekcja ( patrz ) .

Do określenia półempiryczne stosuje się pozostałych współczynników eksperymentalnych RF par ) każdego elektrycznego : parametru w funkcji następujące DDD równanie (

są to parametry A, C i DDD x it . Należy , również zauważyć znaczenie że A ma tylko dla komórek dolnych .

Energie przemieszczenia progowe ​, Ed ​, wyznaczono przy użyciu procedury , która globalnie minimalizuje różnicę kwadratowego pierwiastka względną ​ ​ ) punktów ( w odniesieniu do krzywej SRRD .

Rys . 4. Warto ​ ​ zauważyć ​ , dla neutronów , NIEL obliczony ​ jest prawie niezależny od wartości . E dże .

Poprzez kontrolę rys . . 4 , niezależnie od rodzaju ​ cząstki przychodzącej .

Rysunek : Optymalna krzywa Pmax degradacji dolnej i dla TJ, środkowej , górnej komórki komórki komórki 2 .

5 DLTS Analiza

Badania DLTS wykorzystaniem dotyczące głębokich indukowanych promieniowaniem neutronowym przeprowadzono z poziomów próbek opisanych w ] 7 . W tych artykułach procedurę eksperymentu ​ i technikę omówiono także . W szczególności diody o 0.5 mm średnicy , ​ przygotowano ​ stosując tę ​​samą epitaksjalną strukturę środkowej subogniwa .Widma DLTS ​ - uzyskane z środkowych​ diod napromieniowanych

z elektronami, protonami i neutronami - pokazane są na ryc. 3 , można zaobserwować

Rysunek 3: Porównanie widm DLTS złączy odpowiednio środkowych = ) napromieniowanych przez protony (3, 69 x 10 10 MeV g — 1 , elektrony (1, 07 x 1010 MeV g — 1 ) i neutrony (9, 96 x 1010 MeV g — 1 ), 46 . emisji Szybkość s — 1 , impulsu szerokość = 500 μs, wsteczne napięcie V r = — 1,5 V, impulsu napięcie V 1 = — 0.1 V.

jak stosunek amplitud pików niż wykryto E1 jest znacznie większy dla próbki protonami napromieniowanej próbek t dla próbki elektronami , napromieniowanej dla 7] . Ponadto . pik / E1 został E2 on a) wszystkich dawkach dla próbek napromieniowanych elektronami oraz b tylko przy najwyższych dawkach ) napromieniowanych napromieniowanych protonami tła neutronami nie wyplątany z ostatecznie w próbkach przy ) c E1 poziomy ​ i E 2 Głębokie ​ zostały zidentyfikowane jako większości nośników pułapki w bazach p-typu masowych ​ 7] .

Rysunek 4 Stężenie E2 pułapek indukowanych przez napromieniowanie elektronami protonami , ​ i neutronami w środkowych subogniw diodach ​ jako funkcja : DDD przy E d eV 21,5 = .

DLTS ​ pików wysokości Zmierzone pozwoliły na określenie defektów E 2 ​ koncentracji - wywołanych , przemieszczeniowymi . uszkodzeniami - które pokazane na ryc dalsze . [6, 2 zasługują na badania .

6 Wnioski

TJ Ge słoneczne Ogniwa i powiązane składowe ogniwa , zostały napromieniowane . elektronami ) i protonami a , ostatecznie , neutronami elektrycznych w reaktorze TRIGA ​ w Casaccia . słonecznych ogniw parametrów przemieszczeniem Degradację analizowano obliczonej jako funkcję dawki spowodowanych uszkodzeń z ​​ ​ / ( DDD / podejściem zgodnie SR NIEL-InGaP GaAs .

eksperymentalnie nachyleniem Uzyskane są pozostałe mocy współczynniki reprezentowane dobrze ​ przez pojedyncze półempiryczne że jako wyrażenie funkcję . , DDD DDD od . Ponadto z , stężenie ​ głębokiego E ​2 ​ poziomu stwierdzono zależy niemal liniowo od ​ z cząstki które kolei zależy rodzaju . ​ ​ ,

Obecne , wyniki sprawiają wykorzystanie że neutronów cząstek pod ​ potencjalnym jest kandydatem do testowania słonecznych ogniw degradacji kątem zastosowań w kosmicznym środowisku .