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

NIEL dawki Analiza na potrójnym i pojedynczym 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 trudne na radiacyjne orbity .Analiza promieniowania ich słonecznych ogniw jest wymagana do przewidzenia wydajności pod koniec eksploatacji fotowoltaicznych ) ( systemów EOL . Degradacja parametrów słonecznych ogniw elektrycznych ​ zależy od energii , jasności , i rodzaju , padających cząstek . elektrony ( itp , protony , neutrony , . )

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

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

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

2 Opis napromienianych próbek

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

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

słoneczne Ogniwo składa się z dolnego germanu złącza uzyskanego w wyniku do niemieckiego podłoża , , typu P środkowego złącza ( którego In ) wynosi energetyczna przerwa około oraz 1.38 eV z górnego złącza przerwą InGaP dyfuzji wynoszącą 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 lub - DLTS analizy zostały również jako diody o średnicy 0,5 mm użyciu mesa przy etch w celu usunięcia defektów związanych krawędziowych wyprodukowane z cięciem .

3 Eksperymentalna napromieniania procedura

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

5 DLTS Analiza

dotyczące Badania DLTS próbek poziomów indukowanych promieniowaniem neutronowym przeprowadzono z . wykorzystaniem opisanych w ] 7 głębokich 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 : Porównanie widm DLTS x 3 środkowych odpowiednio złączy napromieniowanych przez protony (3, 69 10 10 MeV g — 1 ), elektrony (1, 07 x 1010 MeV g — 1 ) i neutrony (9, 96 x 1010 MeV g — 1 ), Szybkość . emisji szerokość = 46 s — 1 , impulsu napięcie = 500 μs, wsteczne , V r = — 1,5 V impulsu napięcie V 1 = — 0.1 V.

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

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

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

6 Wnioski

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

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

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