GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池空间带电粒子辐照损伤机理研究

空间太阳电池在轨服役期间要经历复杂恶劣的空间辐射环境，电学性能将发生明显退化甚至失效，这必然会影响航天器在轨运行的可靠性和使用寿命．为此，进行太阳电池辐照损伤机理研究，提出有效的防护方案，对太阳电池的抗辐设计和选材具有重要意义．　本项目以国产GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池为研究对象，开展多结太阳电池辐照损伤机理的应用基础研究．主要内容包括：1)分析三结太阳电池电学性能退化规律，揭示带电粒子辐射对电池中载流子输运参数的影响；2)分析三结电池内部辐照损伤缺陷的类型、浓度分布和俘获截面等信息，建立辐照损伤缺陷演化的动力学规律；3)以半导体材料辐照损伤理论和单结太阳电池辐照损伤机理为基础，建立三结太阳电池辐照损伤物理模型和电学参数退化的数学模型．本项目旨在揭示多结太阳电池辐照损伤的内在物理机制，为优化三结电池的设计参数、提高抗辐射能力和科学评价多结电池在轨行为提供试验依据和理论指导．

航天器在轨服役期间要经历复杂恶劣的空间环境，而空间太阳电池作为航天器的主要能量来源暴露于外太空环境下，其必然受到空间环境的影响。特别是空间带电粒子进入太阳电池内部造成电池活性区损伤，引起太阳电池电学性能退化，从而影响航天器在轨运行的可靠性和使用寿命。所以研究空间带电粒子辐照下太阳电池的辐照损伤机理，提出有效的防护和抗辐加固方案，为优化空间太阳电池的抗辐设计和选材提供重要的实验依据和理论指导。.随着空间太阳电池技术的迅速发展，GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池进入空间应用领域，以其优良的电学输出参数和很好的抗辐照性能成为目前最具应用潜力的空间主电源。本项目以国产GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池为研究对象，开展多结叠层太阳电池辐照损伤机理的应用基础研究，完成以下几个方面的研究工作。.(1) 通过不同能量的电子、质子辐照试验获得国产GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池电学性能的退化规律，进而建立GaInP/GaAs/Ge三结电池电学性能退化的动力学方程。(2) 采用光学深能级瞬态谱方法检测GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池各子电池的深能级，结果表明：在≤ 170 keV的质子辐照下，GaInP顶电池中多子陷阱的浓度随质子能量的增大而降低，而少子陷阱浓度随质子能量的增大而增大，少子陷阱有Ec - 0.26 eV；在GaAs中电池中多子陷阱的浓度随质子能量的增大而增大，少子陷阱有Ec - 0.15 eV和Ec - 0.015 eV。 (3) 在经典的p-n空间电场模型和载流子去除效应模型的基础上，依据三结太阳电池各个子电池的电压关系，建立国产GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池开路电压退化模型。 (4) 在p-n结光子吸收模型和载流子收集模型的基础上，依据三结太阳电池各个子电池的电流关系，建立GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池短路电流退化模型。. GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的辐照损伤模型从本质上揭示了空间带电粒子辐照损伤导致太阳电池电学参数退化的内在物理机制。