전자, 양성자 및 중성자로 조사된 삼중 및 단일 접합 InGaP/GaAs/Ge 태양전지에 대한 NIEL 선량 분석

삼중 및 단일 접합 에 대한 NIEL 선량 분석

전자가 InGaP/GaAs/Ge 조사 된 태양 전지 ,

양성자 와 중성자

추상적인

삼중접합(InGaP/GaAs/Ge) 및 단일접합(SJ) 태양전지에 전자, 양성자, 중성자를 조사했습니다. 나머지 요소의 분해는 SR-NIEL(Screened Relativistic Non Ionizing Energy Loss) 접근법을 통해 계산된 유도 변위 손상 선량(DDD)의 함수로 분석되었습니다. 특히, 본 연구의 목적은 이전에 전자와 양성자로 얻은 인자에 대해 중성자 조사로 인한 태양전지 잔존 인자의 변화를 분석하는 것입니다. 현재 분석에서는 Pmax 전기 매개변수의 저하가 들어오는 입자 유형과 관계없이 일반적인 반경험적 표현을 통해 변위 선량과 관련되어 있음을 확인합니다. Isc 및 Voc 매개변수도 변위 손상 선량의 함수로 측정되었습니다. 또한, DLTS 분석은 중성자로 조사된 중간 하위 셀과 동일한 에피택셜 구조를 가진 다이오드에 대해 수행되었습니다.

1 소개

우주 환경 에 존재하는 방사선 으로 , 인한 태양 전지 열화 의 예측 은 , 가혹한 방사선 궤도를 향한 우주 임무 를 준비 하는 데 있어 가장 중요 합니다 . 방사선 태양전지 어레이 의 수명 종료 (EOL) 성능 을 예측 하려면 태양 전지 의 분석 이 필요 합니다 . 저하는 태양 전지 의 전기적 성능 에너지 , 광도 , 입사 입자 ( 전자 , 양성자 , 중성자 등 ) 의 , 종류 , 에 , 따라 달라집니다 .

궤도 태양 전지 성능 예측을 수행하기 위해 우주 행위자 들은 현재 두 가지 방법론을 -채택하고 있습니다 . 바로 JPL ( 제트 추진 연구소 ) 에서 개발한 등가 플루언스 (Equivalent Fluence ) - 방법입니다 [2 ]. 비록 그들의 돌이 그 전통 때문에 주로 사용되더라도 다양한 에너지 와 광도 , 를 갖는 서로 다른 - 입자를 사용 하여 많은 수의 조사 테스트가 필요 하다는 단점이 있습니다 . 이와 반대로 보다 . 최근 의 DDD , 접근 방식 은 조사 테스트 횟수 를 줄여 태양 전지 의 - EOL 동작 을 예측 하는 데 동의 하여 신흥 셀 기술 을 신속 하게 분석 할 수 있습니다 . 이 방법 의 핵심 측면은 NIEL ( 비 이온화 에너지 손실 ) 선량 계산 을 기반 으로 한다는 점 이며 , 이는 장치 , 내부 의 , 입자 상호 작용 으로 인해 발생 하는 영구 변위 손상 의 양 에 따라 달라 집니다 .

전기적 성능 이 저하 됩니다 .따르면 ​​ 이 접근법 에 열화 가 변위 손상 선량 의 실제 값 에만 관련된 경우 입자 유형 에 관계 없이 단일 특성 저하 곡선 을 얻을 수 있습니다 .

본 연구에서는 삼중 접합 태양 전지 및 관련 iso 유형 하위 전지 에 대해 수행된 전자, 양성자 및 중성자 조사 테스트 의 결과가 제시 됩니다 . 변위 임계 에너지 Ed 에 의존하는 NIEL 선량 은 SR , -NIEL 도구 ( [ 4 ]) 를 사용 하여 얻었 습니다 . 각 셀 유형 에 대한 성능 저하 곡선 은 주어진 전기 매개 변수 의 나머지 요소 ( 수명 종료 EOL 값 과 수명 시작 BOL 값 의 비율 ) 를 계산 된 DDD 의 함수 로 표시 하여 얻 습니다 .

2 조사된 샘플 에 대한 설명

AM0 효율 등급 30% (CTJ30) 를 갖는 InGaP/InGaAs/Ge TJ 태양 전지 및 관련 구성 요소 셀은 x cm 태양 2 전지 2 및 2 mm 직경 다이오드 0.5 로 제조 되었습니다 ( 상단 및 중간 하위 셀만 해당 ) 1. TJ

그림 1: 삼중 접합(TJ) 및 단일 접합(SJ) 이소형 하위 셀 ( 상단, 중간 및 하단) 의 스키마 .

태양 전지는 게르마늄 P 형 기판 에 확산 된 게르마늄 하부 접합 , 에너지 갭 이 eV 정도 인 ( I n ) GaAs 의 중간 접합 1.38 , 에너지 갭 이 eV 인 InGaP 상부 접합 으로 구성 됩니다 1.85 . 구성 요소 셀 은 TJ 셀 내부 하위 셀의 전기적 및 광학적 표현 인 단일 접합 ( SJ ) 셀 입니다 . 따라서 이를 제조 하기 위해서는 TJ 구조 에 존재 하는 모든 상위층 의 광학적 두께 를 재현 하는데 특별한 주의 를 기울 였습니다 . 및 DLTS 분석을 위한 상단 중간 하위 셀 도 절단 과 관련된 가장자리 결함 을 제거 하기 위해 메사 식각 을 사용 하여 직경 0.5mm의 다이오드로 제작 되었습니다 .

3 실험적 조사 절차

태양 전지는 BOL 조건 에서 측정 한 후 조사한 후 전자 와 양성자 의 경우 약 1 개월 , 중성자 의 경우 약 2 개월 의 자체 어닐링 기간을 허용합니다 .

TJ 태양 전지 와 구성요소 전지는 서로 다른 에너지 와 광량의 양성자와 전자 로 조사 되었습니다 ( 활성화 율 의 실험 데이터 와 다양한 요소 의 해당 단면적 을 사용 하여 표 [ 6 , [ 8 ] 참조 10] . 중성자 광도 에 대한 퍼센트 이상의 정확도를 얻기 위해 태양 전지 를 모니터 샘플 과 함께 5 조사 했습니다 . 공간 특성화 . 는 Al Co 모니터 샘플 [ 3, -[12 ] ) 을 사용 하여 수행 되었습니다 . 각 흡수층 의 차단력 ] 7 . 이 작업 에서 , TJ 태양 전지는 GaA 셀 단일 접합 셀로 근사화 되었습니다 . 왜냐하면 중간 셀이 EOL 에서 전체 TJ 성능에 주로 영향 을 미치는 셀 이기 때문 입니다 .

원자로 의 고속 중성자 의 경우 변위 손상 선량은 다음 을 통해 계산할 수 있습니다 ( [4 ] 참조 ) .

여기서 D(E) 는 MeV cm 단위 의 손상 함수 ( 변위 커마 함수 라고도 함 ) 이고 Φ ( E) 2 는 n cm 단위 의 중성자 스펙트럼 루 언스 입니다 . 2 — MeV 1 . — 손상 함수

[13 ] 에서 사용 가능한 SR-NIEL 계산기 에서 얻었 습니다 . 에 현재 계산 사용된 스펙트럼 루엔 스는 TRIGA 반응기 에 대한 것 입니다 ( 섹션 III 참조 ) .

다음 반경험적 방정식 은 DDD 의 함수 로서 각 전기 매개 변수 의 실험적 잔여 인자 (RF par ) 에 사용됩니다 .

A, C 및 DDD x it 매개변수 입니다 . 점 또한 A 는 맨 아래 셀 에만 관련이 있다는 에 유의 해야 합니다 .

변위 임계 에너지 Ed , 는 itted , 곡선에 대해 점 의 SRRD ( 제곱근 상대 차이 ) 를 전역 적 으로 최소화 하는 루틴 을 사용 하여 구 했습니다 .

그림 . 4. 중성자 의 경우 계산된 NIEL 은 E d , 값 에 거의 독립적 이라는 점 에 주목할 가치 가 있습니다 ..

들어오는 입자의 유형 과 . 4 , 관계 없이 그림 을 검사 합니다 .

그림 2: TJ, 중간 셀, 상단 셀 및 하단 셀 에 대한 P max 저하 곡선 의 최적 I입니다 .

5 DLTS 분석

중성자 조사 에 의해 유도된 깊은 수준 에 관한 DLTS 조사는 ] 에 에서는 설명 된 샘플을 사용하여 수행 7 되었습니다 . 해당 기사 실험 절차 와 기술 도 논의 되었습니다 . 특히 , 중간 서브 셀 DLTS 0.5 과 동일한 에피 택셜 구조를 이용 하여 직경 mm 의 다이오드를 제조 하였다 . 조사 된 - 중간 셀 다이오드 로부터 얻은 스펙트럼

전자, 양성자 및 중성자가 있는 경우 - 그림 1에 표시되어 있습니다. 3 관찰할 수 있습니다.

그림 3 : 각각 양성자 (3. x 10 MeV g — ), 전자 (1. x 69 MeV 10 g — ) 1 및 중성자 (9. 07 x 1010 MeV g — 1 ) 에 의해 조사된 중간 96 접합 1010 의 DLTS 스펙트럼 1 비교 방출 . 속도 = 46 s — 1 , 펄스 폭 =500 μs, 역 전압 V r = — 1.5 V, 펄스 전압 V 1 = — 0.1 V.

전자 조사 샘플 보다 양성자 조사 샘플 의 피크 진폭 E2/E1 의 비율 이 어떻게 훨씬 더 큽 니까 ? 7 ] 또한 , . 피크 E1은 a ) 전자 가 조사된 샘플 의 모든 선량 에서 검출 되었으며 , b ) 양성자가 조사 된 샘플 의 경우 가장 높은 선량 에서만 검출 되었으며 , c) 결국 중성자 로 조사된 샘플 에서는 배경 에서 풀리지 않았습니다 . E1 및 E 깊은 레벨 2 은 p 형 벌크 베이스 에서 다수 캐리어 트랩 으로 식별 -되었습니다 .7 ] ​ .

그림 4: E d = 21.5 eV 인 DDD 의 함수 로서 중간 하위 셀 다이오드 에서 전자 , 양성자 및 중성자 를 조사 하여 유도 된 E2 트랩 의 농도.

그림 [ 6 ] 에 표시된 변위 손상으로 인한 E 2 결함 농도 - 를 결정 하기 위해 측정 - 된 DLTS 피크 높이는 추가 . 조사 2 가 필요 합니다 .

6 결론

TJ InGaP/GaAs/Ge 태양 전지 및 관련 구성 요소 전지는 Casaccia 의 TRIGA 원자로 에서 전자 와 양성자 , 및 , 내부적 으로 중성자 로 조사 되었습니다 . 태양 . 전지 전기 성능 저하 가 SR NIEL 접근 방식 에 따라 계산 된 유도 변위 손상 선량 ( DDD ) 의 함수 로 분석 -되었습니다 ..

실험적 으로 얻은 나머지 역률 은 DDD 의 함수 로서 단일 반 경험적 표현 으로 잘 표현 됩니다 . 또한 E 깊은 . 수준 의 , 농도 는 입자 유형 에 2 따라 달라지는 기울기 를 갖는 DDD 에 거의 선형 적 으로 의존 하는 것으로 나타 났습니다 . ​

현재 결과는 중성자 입자 의 사용 을 우주 환경 에 적용 하기 위한 태양 전지 성능 저하 테스트 에 가능한 후보 로 만듭니다 ..