Elektronlar, protonlar ve nötronlarla ışınlanmış üçlü ve tek bağlantılı InGaP/GaAs/Ge güneş pillerinde NIEL Doz Analizi

NIEL Doz Analizi noktasında Üçlü ve tek bağlantı

InGaP/GaAs/Ge güneş pilleri ışınlanmış Elektronlarla ,

protonlar ve nötronlar

Soyut

Üçlü bağlantı (InGaP/GaAs/Ge) ve tek bağlantı (SJ) güneş pilleri elektronlar, protonlar ve nötronlarla ışınlandı. Kalan faktörlerin bozulması, SR-NIEL (Ekranlı Göreli İyonlaştırıcı Olmayan Enerji Kaybı) yaklaşımı aracılığıyla hesaplanan indüklenen Yer Değiştirme Hasarı Dozunun (DDD) bir fonksiyonu olarak analiz edildi. Özellikle bu çalışmanın amacı, nötron ışınımı nedeniyle güneş pillerinde kalan faktörlerin daha önce elektron ve protonlarla elde edilenlere göre değişimini analiz etmektir. Mevcut analiz, Pmax elektriksel parametresindeki bozulmanın, gelen parçacığın türünden bağımsız olarak, alışılagelmiş yarı ampirik ifade aracılığıyla yer değiştirme dozuyla ilişkili olduğunu doğrulamaktadır. Isc ve Voc parametreleri de yer değiştirme hasarı dozunun bir fonksiyonu olarak ölçülmüştür. Ayrıca, nötronlarla ışınlanmış, orta alt hücreyle aynı epitaksiyel yapıya sahip diyotlar üzerinde bir DLTS analizi gerçekleştirildi.

1 giriiş

tahmini , bozulmasının güneş pili ​, bağlı radyasyona ​ mevcut ortamında Uzay ​, sahiptir öneme birincil ​ hazırlanmasında ​ ​ görevlerinin uzay yörüngelerine yönelik sert radyasyon .radyasyon , analizi Güneş pillerinin gereklidir tahmin için etmek Sonu Yaşam performanslarını EOL ) ( dizilerinin güneş . bozulması pillerinin Güneş ​ elektriksel performanslarının bağlıdır enerjisine , , şiddetine , ve türüne , parçacıkların gelen . nötronlar ( elektronlar , protonlar , vb , . )

iki metodolojiyi benimsiyor şu ​ aktörleri uzay ​ ​ için gerçekleştirmek Yörüngedeki -anda güneş pili tahminlerini : Eşdeğer Akı yöntemi geliştirilen tarafından ) JPL ( Jet Propulsion Laboratuarı - performans [2 . bile , Taşları kullanılsa esas olarak , nedeniyle mirası , , , sahiptir dezavantajına , azaltılmış - çok testi parçacıklarla farklı gerektirme sahip çeşitli enerjilere ve parlaklıklara . Aksine . yeni , daha olan ortaya DDD yaklaşımı izin etmeye tahmin EOL yeni davranışını - pillerinin güneş hücre başlayarak testinden sayıda hızlı ​ ışınlama . analizine izin veren bir verir çıkan teknolojilerinin sayıda ışınlama temel özelliği Bu yöntemin olmasıdır ; dayalı , hesaplanmasına ., dozlarının NIEL ​ ( Olmayan İyonlaştırıcı Enerji Kaybı ) doz bu , sonuçta indüklenen , bağlıdır miktarına çıkan ​ hasarının kalıcı değiştirme ​ tarafından etkileşimleri parçacık ​ içindeki cihaz ortaya ve yer

olur düşmesine neden elektriksel performansının ​ ​ .takip Bu bir tek karakteristik bozunma eğrisi edilebilir elde ​ bakılmaksızın parçacık yer tipine , durumlarda bozunmanın değiştirme olduğu ilişkili değerleriyle gerçek yalnızca dozunun hasarı , . yaklaşımı ederek

Bu çalışmada sonuçları elektron proton ve nötron ışınlama testlerinin gerçekleştirilen üzerinde ilgili üçlü bağlantı pilleri ve güneş izo tipi alt hücreler sunulacaktır . , dozları , NIEL bağlı olan Yer değiştirme eşik enerjisine Ed ) , . edildi elde ( ( SR -NIEL aracı ] [4 aracılığıyla eğrisi bozunma bir ​ için Her hücre tipi edilir elde çizilmesiyle grafiğinin faktörlerinin kalan kullanım ( oranı değerinin sonu kullanım EOL değerine başlangıcı ömrü ömrü BOL ) bir belirli elektriksel parametrenin olarak fonksiyonu DDD'nin hesaplanan bir . ,

2 tanımı Işınlanmış numunelerin

InGaP/InGaAs/Ge TJ ve bileşen hücreleri olan . AM0 verimlilik sınıfı %30 (CTJ30) üretilmiştir , güneş olarak 2 x 2 cm 2 güneş pilleri ve 0.5 mm çaplı diyotlar (yalnızca üst ve orta alt hücre) 1. pilleri ilgili

Şekil 1: şeması Üçlü bağlantı (TJ) ve tek bağlantı (SJ) izotip alt hücresinin s (Üst, Orta ve Alt).

Güneş pili oluşur , bağlantıdan alt germanyum ​ elde difüzyonla edilen substrata alman ) P - , orta bağlantı GaAs'ın ( n olan enerji aralığı civarında noktasından 1.38 eV ve üst bağlantı noktasından InGaP'nin eV sahip enerji tipi aralığına . 1.85 I Bileşen hücreleri, hücrelerdir tek bağlantılı ( SJ) TJ olacak ve optik temsili hücrelerin elektriksel alt içindeki hücresi . nedenle için üretmek bunları özel dikkat gösterildi yeniden üretilmesine ​​ optik ​ kalınlıklarının katmanların tüm üst ​ . bulunan yapısında TJ Bu , üst ve orta alt hücreler için DLTS ortadan analizi üretildi de çapında 0,5 aşındırma kullanılarak kusurlarını mesa kaldırmak için . kenar kesmeye mm bağlı halinde diyotlar

3 Deneysel Işınlama Prosedürü

Güneş pilleri olup , ölçülmüş koşullarında BOL ve sonra ışınlamadan tavlanma süresine izin verilmiştir yaklaşık yaklaşık bir ay için elektronlar ve protonlar ve bir kendi kendine iki aylık nötronlar için daha sonra .

TJ güneş pilleri ve bileşen hücreleri ışınlanmıştır , ilişkin elektronlarla protonlar ve . enerjilerde farklı oranlarına ve parlaklıklarda ( Tablo [6, [8 ] kullanılarak deneysel veriler aktivasyon , ​ ve karşılık kesitlerine gelen sonuç elementlerin çeşitli ​ 10] . güneş pilleri ışınlanmıştır ​ birlikte numuneleriyle monitör Nötron parlaklığında için elde bir iyi doğruluktan 5 yüzde karakterizasyon Uzaysal ​ ​. her soğurucu gerçekleştirildi ​ aracılığıyla numunesi Al -Co monitör gücünden [3, [12 ) katmandaki durdurma ​ ​ . etmek ] bkz 7 daha çalışmada Bu , , TJ güneş pili yaklaştırılmıştır ​ ile GaA ​s hücreli tek hücresi olduğundan orta ​ hücre hücre ​ etkileyen esas olarak performansını genel , TJ bağlantı EOL'deki .

için hızlı nötronlar gelen Nükleer kulak reaktörlerinden dozu yer değiştirme hasarı ( bkz ] şu şekilde hesaplanabilir . [4 ) :

burada ) fonksiyonudur hasar yer değiştirme ( anılır olarak fonksiyonu kerma n ) cinsinden cm MeV da E 2 ve φ parlaklığıdır nötron spektral ( E cinsinden cm ) — 2 MeV — 1 . Hasar fonksiyonları D (

] edilmiştir elde hesaplayıcısından SR- NIEL bulunan adresinde [13 . için Mevcut . hesaplama spektral ​ parlaklık kullanılan olandır yönelik III reaktörüne TRIGA Bölüm . ( bkz )

Aşağıdaki yarı ampirik denklem belirlemek için kullanılır kalan faktörlerini (RF par ) deneysel her bir parametrenin , olarak bir fonksiyonu DDD'nin :elektriksel

parametreleridir A, C ve DDD x it . belirtilmelidir ​ da ​ ​ olduğu A'nın geçerli yalnızca için hücreler alt .

Yer değiştirme eşik enerjileri , E d , bulunmuştur kullanılarak , bir rutin indiren global en karekök ​ ​ göreli farkını ​ ) noktaların olarak göre SRRD eğriye aza . (

Şekil . 4. var fayda belirtmekte ​ ​ . için Nötronlar , NIEL'in hesaplanan ​ olduğunu neredeyse bağımsız değerlerinden ​ ​ d E ​.

incelenmesiyle ​ İncir'in ​. 4 , bağımsız türünden ​ parçacığın Gelen olarak .

Şekil 2: optimal değeri P max bozunma eğrisinin için TJ, orta hücre, üst hücre hücre ve alt .

5 DLTS Analizi

bir DLTS araştırması derin seviyelere ilişkin , ] neden olduğu Nötron ışınımının gerçekleştirildi kullanılarak ' numuneler açıklanan de 7 . makalelerde Bu ​ deneysel ​ prosedür ve teknik tartışıldı de . Özellikle , diyotlar olan 0.5 mm çapı ​​ hazırlandı ​ kullanılarak aynı yapısı epitaksiyel . hücrenin orta alt spektrumları DLTS ​ - elde diyotlardan orta hücreli edilen Işınlanmış

elektronlar, protonlar ve nötronlarla - Şekil 2'de gösterilmektedir 3 , gözlemlenebilir

Şekil 3: Emisyon karşılaştırılması spektrumlarının x Sırasıyla DLTS bağlantıların x orta ışınlanan protonlar (3, 69 10 10 MeV g — 1 ), elektronlar (1, 07 MeV 1010 g — ) 1 ve nötronlar ( 9, 96 MeV 1010 g — ) 1 tarafından x . oranı = 46 s — 1 , darbe genişliği = 500 μs, ters voltaj V r = — 1,5 V, darbe voltajı V 1 = — 0.1 V.

olduğu oranının b genliklerinin tepe Ek / büyük çok daha için numune proton ışınlanmış numuneye göre için a elektron ​ ışınlanmış E2 7] . olarak , zirvesi E1 ​ edildi tespit en ) dozlarda tüm dozlarda için numuneler ışınlanmış elektronlarla , ) yalnızca olarak nötronlarla yüksek numuneler ve . ışınlanmış protonlarla c çözülmedi arka plandan numunelerde ışınlanmış son ) E1 derin E1 . ve E 2 ​ seviyelerinin belirlendi ​ olduğu çoğunluk taşıyıcı tuzaklar temellerde p ​-tipi yığın ​ 7] .

Şekil : konsantrasyonu E2 tuzaklarının indüklenen tarafından ışınlamalar ile h elektronları, protonları ve nötronları diyotlarında orta alt hücre 4 olarak bir fonksiyonu DDD'nin E ile d = 21,5 eV .

DLTS , tepe yükseklikleri Ölçülen verdi belirlenmesine ve E .2 kusuru konsantrasyonlarının - neden olduğu hasarının yer değiştirme - gösterilen Şekil'de daha ediyor izin . [6, 2 hak fazla onun araştırılmasını

6 Sonuçlar

TJ InGaP güneş pilleri ve ilgili bileşen . hücreleri ışınlandı , . elektronlar , , protonlar ve , son , nötronlarla NIEL reaktöründe TRIGA ​ ​ Casaccia'daki olarak . Güneş pili elektriksel performansındaki bozulma edildi analiz olarak bir fonksiyonu Dozunun indüklenen hesaplanan Değiştirme Yer Hasar DDD ( ) / izlenerek yaklaşımı SR GaAs -/ Ge .

Deneysel olarak elde edilen kalan güç faktörleri edilmektedir iyi temsil ile bir tek yarı ampirik ifade olarak bir fonksiyonu DDD'nin , . . Ayrıca , , konsantrasyonunun bir seviyesinin E , 2 derin şekilde bulunmuştur olduğu neredeyse doğrusal DDD'ye bir bağlı olarak eğimle olarak eren sona türüne parçacık bağlı .

Mevcut , sonuçlar getiriyor kullanımını , parçacıklarının nötron ​bir olası haline aday için test güneş pili bozulmasını için uygulamalar ortamındaki uzay etmek .