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

NIEL Doz Analizi noktasında Üçlü tek ve 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 ​, nedeniyle radyasyon ​ mevcut ortamında Uzay ​, sahiptir öneme birincil ​ hazırlanmasında görevlerinin ​ uzay ​ sert yönelik . radyasyon yörüngelerine radyasyon , analizi Güneş pillerinin gereklidir ) için tahmin Sonu Yaşam performanslarını güneş ( etmek dizilerinin . EOL bozulması performanslarının Güneş pillerinin elektriksel , bağlıdır enerjisine ​ , şiddetine gelen ve türüne . parçacıkların ( , ) , elektronlar , protonlar , nötronlar , vb .

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

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

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

2 tanımı Işınlanmış numunelerin

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

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

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

3 Deneysel Işınlama Prosedürü

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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 epitaksiyel orta yapısı hücrenin alt .spektrumları DLTS ​ - elde diyotlardan orta hücreli Işınlanmış edilen

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

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

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

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

DLTS , tepe yükseklikleri Ölçülen verdi izin onun kusur araştırılmasını 2 konsantrasyonlarının belirlenmesine - olduğu E neden değiştirme hasarının - yer Şekil 1'de gösterilen ve ediyor . [6, 2 hak fazla daha .

6 Sonuçlar

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

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

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