Россия
В статье представлены результаты экспериментального исследования деградации GaAs/Ge солнечных батарей (СБ) при облучении нейронами и электронами. Предложена методика расчетно-экспериментальной оценки срока службы GaAs/Ge СБ в условиях воздействия ионизирующих излучений космического пространства, основанная на использовании нейтронного облучения.
Солнечные батареи, облучение нейтронами, фотоэлектрические параметры, спектры квантовой эффективности, световые вольт-амперные характеристики.
I. Введение
Солнечные батареи (СБ), изготовленные на основе полупроводниковых соединений A3B5, находят широкое применение в системах энергообеспечения космических аппаратов. Это обусловлено рядом факторов: высокой эффективностью преобразования солнечной энергии (КПД); возможностью варьирования ширины запрещенной зоны материалов A3B5 для максимального «захвата» солнечного спектра путем создания твердых растворов на их основе; относительно высокой стойкостью к воздействию ионизирующих излучений (ИИ) космического пространства (КП) [1-4]. Такие структуры могут выращиваться методом металлоорганической гидридной эпитаксии (MOCVD – metal-organic chemical vapor deposition) или молекулярно-лучевой эпитаксии. При этом данные структуры могут выращиваться как на подложках из полупроводниковых соединений A3B5, так и на подложках из сильнолегированного германия. Воздействие ИИ КП приводит к образованию в полупроводниковых материалах структурных дефектов, в результате чего изменяются основные фотоэлектрические параметры СБ: снижается коэффициент полезного действия (КПД), ток короткого замыкания, напряжение холостого хода и коэффициент заполнения. Также может наблюдаться изменение спектра квантовой эффективности, особенно в его длинноволновой части.
В настоящее время для расчетно-экспериментального моделирования деградации СБ в условиях ИИ КП в основном применяются два подхода. Первый метод основан на определении эквивалентного по уровню деградации флюенса электронов с энергией 1 МэВ, падающих нормально к поверхности СБ. Он был разработан в Jet Propulsion Laboratory (JPL), США, и далее по тексту он будет называться JPL-методом. Второй метод основан на определении дозы структурных повреждений для заданных радиационных условий на борту КА. Этот метод был разработан в Naval Research Laboratory (NRL), США, и далее по тексту он будет называться NRL-методом.
1. Green M.A., Emery K., King D.L. et al. Solar Cell Efficiency Tables (Version 23) // Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 2004, vol. 12(1), pp. 55-62.
2. Iles P.A. Evolution of Space Solar Cells // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2001, vol. 68(1), pp. 1-13.
3. Karam N.H., King R.R., Haddad M. et al. Recent Developments in High-Efficiency Ga0.5In0.5P/GaAs/Ge Dual- and Triple-Junction Solar Cells: Steps to Next Generation PV Cells // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2001, vol. 66(1), pp. 453-466.
4. Schermer J.J., Mulder P., Bauhuis G.J. et al. Thin-Film GaAs Epitaxial Lift-Off Solar Cells for Space Application // Progress in Photovoltaics: Research and Application. 2005, vol. 13, pp. 587-596.
5. Messenger S.R., Summers G.P., Burke E.A. et al. Modeling Solar Cell Degradation in Space: A Comparison of the NRL Displacement Damage Dose and the JPL Equivalent Fluence Approaches // Progress in Photovoltaics: Research and Application. 2001, vol. 9, pp. 103-121.
6. Wang R., Lu M., Liu Y., Feng Zh. Displacement Damage Dose Used for Analyzing Electron Irradiation-Induced Degradation of GaInP/GaAs/Ge Space Solar Cells // Science China: Physics, Mechanics & Astronomy. 2001, vol. 54, suppl. 2, pp. s296-s299.
7. Messenger S.R., Burke E.A., Summers G.P., Walters R.J. Application of Displacement Damage Dose Analysis to Low-Energy Protons on Silicon Devices // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2002, vol. 49, no. 6, pp. 2690-2694.
8. Tapero K.I. Degradation of GaAs/Ge solar cells due to displacement damage caused by fast neutrons // ISROS 2014 Proceedings, Toulouse, France, 16-20 June 2014.
