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空间用倒装三结太阳能电池及其抗辐射性能研究

宋明辉 王笃祥 毕京锋 陈文浚 李明阳 李森林 刘冠洲 吴超瑜

空间用倒装三结太阳能电池及其抗辐射性能研究

宋明辉, 王笃祥, 毕京锋, 陈文浚, 李明阳, 李森林, 刘冠洲, 吴超瑜
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  • 使用金属有机化学气相沉积技术,在4英寸GaAs衬底上获得了空间用GaInP/GaAs/In0.3Ga0.7As倒装三结太阳能电池.高分辨X射线衍射和阴极射线发光测试结果表明AlInGaAs应力渐变缓冲层的晶格弛豫度约100%,其整面平均穿透位错密度约5.4×106/cm2.与GaInP/InGaAs/Ge常规三结太阳能电池相比,在AM0光谱、25 ℃测试条件下,面积24 cm2的倒装三结太阳能电池转换效率达到32%,输出功率提高了5%.采用1 MeV高能电子对倒装三结电池进行粒子辐照测试,电池各项性能参数随不同辐照剂量发生改变,在1×1015/cm2辐照总剂量下电池转换效率衰降比例达到15%.
      通信作者: 宋明辉, songminghui@sanan-e.com
    • 基金项目: 天津市科技小巨人领军企业培育重大项目(批准号:14ZXLJGX00400)和天津市科技支撑计划(批准号:16YFZCGX00030)资助的课题.
    [1]

    Ficcadenti M, Campesato R, Casale M, Gabetta G, Gori G, Kagan M, Kholev B A, Ivanov V 2014 10th European Space Power Conference Noordwijkerhout, Netherlands, April 13-17, 2014 p1

    [2]

    Guter W, Schöne J, Philipps S, Steiner M, Siefer G, Wekkeli A, Welser E, Oliva E, Bett A, Dimroth F 2009 Appl. Phys. Lett. 94 223504

    [3]

    Fuhrmann D, Meusel M, Ebel L, Guter W, Kubera T, Köstler W, Strobl G 2013 9 th International Conference on Concentrator Photovoltaics Miyazaki, Japan, April 15-17, 2013 p1

    [4]

    Wanlass M W, Albin D S 2004 AIP Conf. Proc. 738 462

    [5]

    Wanlass M W, Ahrenkiel S P, Ahrenkiel R K, Albin D S, Carapella J J, Duda A, Geisz J F, Kurtz S, Moriarty T, Wehrer R J, Wernsman B 2005 31st IEEE Photovoltaics Specialists Conference Florida, USA, January 3-7, 2005 p530

    [6]

    Geisz J F, Sarah Kurtz, Wanlass M W, Ward J S, Duda A, Friedman D J, Olson J M, McMahon W E, Moriaty T E, Kiehl J T 2007 Appl. Phys. Lett. 91 023502

    [7]

    Cornfeld A B, Stan M, Varghese T, Diaz J, Ley A V, Cho B, Korostyshevsky A, Aiken D J, Sharps P R 2008 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference California, USA, May 11-16, 2008 p1

    [8]

    Patel P, Aiken D, Boca A, Cho B, Chumney D, Clevenger M B, Cornfeld A, Fatemi N, Lin Y, McCarty J, Newman F, Sharps P, Spann J, Stan M, Steinfeldt J, Strautin C, Varghese T 2012 38th IEEE Photovoltaic Specialists Conference Austin, Texas, June 3-8, 2012 p110

    [9]

    Patel P, Aiken D, Chumney D, Cornfeld A, Lin Y, Mackos C, McCarty J, Miller N, Sharps P, Stan M 2012 38th IEEE Photovoltaic Specialists Conference Austin, Texas, June 3-8, 2012 p1

    [10]

    Takamoto T, Washio H, Juso H 2014 40th IEEE Photovoltaic Specialists Conference Denver, USA, June 8-13, 2014 p1

    [11]

    Chumney D, Aiken D, Cho B, Cornfeld A, Diaz J, Ley V, Mittman J, Newman F, Sharps P, Stan M, Varghese T 2010 35th IEEE Photovoltaic Specialists Conference Hawaii, USA, June 20-25, 2010 p113

    [12]

    Boisvert J, Law D, King R, Rehder E, Chiu P, Bhusari D, Fetzer C, Liu X, Hong W 2013 39th IEEE Photovoltaic Specialists Conference Florida, USA, June 16-21, 2013 p2790

    [13]

    Stan M, Aiken D, Cho B, Cornfeld A, Ley V, Patel P, Sharps P, Varghese T 2010 J. Cryst. Growth 312 1370

    [14]

    Wang D X, Song M H, Bi J F, Chen W J, Li S L, Liu G Z, Li M Y, Wu C Y 2017 Chin. Phys. Lett. 34 068801

    [15]

    Walters R J, Messenger S R, Cotal H R, Xapsos M A, Wojtczuk S J, Serreze H B, Summers G P 1997 J. Appl. Phys. 82 2164

  • [1]

    Ficcadenti M, Campesato R, Casale M, Gabetta G, Gori G, Kagan M, Kholev B A, Ivanov V 2014 10th European Space Power Conference Noordwijkerhout, Netherlands, April 13-17, 2014 p1

    [2]

    Guter W, Schöne J, Philipps S, Steiner M, Siefer G, Wekkeli A, Welser E, Oliva E, Bett A, Dimroth F 2009 Appl. Phys. Lett. 94 223504

    [3]

    Fuhrmann D, Meusel M, Ebel L, Guter W, Kubera T, Köstler W, Strobl G 2013 9 th International Conference on Concentrator Photovoltaics Miyazaki, Japan, April 15-17, 2013 p1

    [4]

    Wanlass M W, Albin D S 2004 AIP Conf. Proc. 738 462

    [5]

    Wanlass M W, Ahrenkiel S P, Ahrenkiel R K, Albin D S, Carapella J J, Duda A, Geisz J F, Kurtz S, Moriarty T, Wehrer R J, Wernsman B 2005 31st IEEE Photovoltaics Specialists Conference Florida, USA, January 3-7, 2005 p530

    [6]

    Geisz J F, Sarah Kurtz, Wanlass M W, Ward J S, Duda A, Friedman D J, Olson J M, McMahon W E, Moriaty T E, Kiehl J T 2007 Appl. Phys. Lett. 91 023502

    [7]

    Cornfeld A B, Stan M, Varghese T, Diaz J, Ley A V, Cho B, Korostyshevsky A, Aiken D J, Sharps P R 2008 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference California, USA, May 11-16, 2008 p1

    [8]

    Patel P, Aiken D, Boca A, Cho B, Chumney D, Clevenger M B, Cornfeld A, Fatemi N, Lin Y, McCarty J, Newman F, Sharps P, Spann J, Stan M, Steinfeldt J, Strautin C, Varghese T 2012 38th IEEE Photovoltaic Specialists Conference Austin, Texas, June 3-8, 2012 p110

    [9]

    Patel P, Aiken D, Chumney D, Cornfeld A, Lin Y, Mackos C, McCarty J, Miller N, Sharps P, Stan M 2012 38th IEEE Photovoltaic Specialists Conference Austin, Texas, June 3-8, 2012 p1

    [10]

    Takamoto T, Washio H, Juso H 2014 40th IEEE Photovoltaic Specialists Conference Denver, USA, June 8-13, 2014 p1

    [11]

    Chumney D, Aiken D, Cho B, Cornfeld A, Diaz J, Ley V, Mittman J, Newman F, Sharps P, Stan M, Varghese T 2010 35th IEEE Photovoltaic Specialists Conference Hawaii, USA, June 20-25, 2010 p113

    [12]

    Boisvert J, Law D, King R, Rehder E, Chiu P, Bhusari D, Fetzer C, Liu X, Hong W 2013 39th IEEE Photovoltaic Specialists Conference Florida, USA, June 16-21, 2013 p2790

    [13]

    Stan M, Aiken D, Cho B, Cornfeld A, Ley V, Patel P, Sharps P, Varghese T 2010 J. Cryst. Growth 312 1370

    [14]

    Wang D X, Song M H, Bi J F, Chen W J, Li S L, Liu G Z, Li M Y, Wu C Y 2017 Chin. Phys. Lett. 34 068801

    [15]

    Walters R J, Messenger S R, Cotal H R, Xapsos M A, Wojtczuk S J, Serreze H B, Summers G P 1997 J. Appl. Phys. 82 2164

  • [1] 吴宜勇, 杨德庄, 何世禹, 胡建民, 钱勇. GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的电子辐照损伤效应. 物理学报, 2009, 58(7): 5051-5056. doi: 10.7498/aps.58.5051
    [2] 何国伟, 胡岗, 陈一, 王震遐, 李学鹏, 余礼平, 马余刚, 段晓峰. 电子辐照诱发固态相变导致的氮化硼纳米结构生长. 物理学报, 2002, 51(3): 620-624. doi: 10.7498/aps.51.620
    [3] 全荣辉, 韩建伟, 张振龙. 电子辐照下聚合物介质内部放电模型研究. 物理学报, 2013, 62(24): 245205. doi: 10.7498/aps.62.245205
    [4] 马国亮, 杨剑群, 李兴冀, 刘超铭, 侯春风. 电子辐照聚乙烯/碳纳米管拉伸变形机理. 物理学报, 2016, 65(17): 178104. doi: 10.7498/aps.65.178104
    [5] 马国亮, 李兴冀, 杨剑群, 刘超铭, 田丰, 侯春风. 电子辐照LDPE/MWCNTs复合材料的熔融与结晶行为. 物理学报, 2016, 65(20): 208101. doi: 10.7498/aps.65.208101
    [6] 封国宝, 曹猛, 崔万照, 李军, 刘纯亮, 王芳. 电子辐照电介质样品带电泄放弛豫特性研究. 物理学报, 2017, 66(6): 067901. doi: 10.7498/aps.66.067901
    [7] 袁伟, 彭海波, 杜鑫, 律鹏, 沈扬皓, 赵彦, 陈亮, 王铁山. 分子动力学模拟钠硼硅酸盐玻璃电子辐照诱导的结构演化效应. 物理学报, 2017, 66(10): 106102. doi: 10.7498/aps.66.106102
    [8] 王凯悦, 李志宏, 高凯, 朱玉梅. 电子辐照金刚石的光致发光研究. 物理学报, 2012, 61(9): 097803. doi: 10.7498/aps.61.097803
    [9] 王 博, 邓爱红, 苗杉杉, 杨 俊, 赵有文, 董志远. 高温退火后非掺杂磷化铟材料的电子辐照缺陷. 物理学报, 2007, 56(3): 1603-1607. doi: 10.7498/aps.56.1603
    [10] 张永, 单智发, 蔡建九, 吴洪清, 李俊承, 陈凯轩, 林志伟, 王向武. 空间用GaInP/GaAs/In0.3Ga0.7 As(1 eV)倒装三结太阳电池研制. 物理学报, 2013, 62(15): 158802. doi: 10.7498/aps.62.158802
    [11] 赵慧杰, 何世禹, 肖景东, 吴宜勇, 孙彦铮, 孙强, 肖志斌, 吕伟, 黄才勇. 100 keV质子辐照对空间GaAs/Ge太阳电池光电效应的影响. 物理学报, 2009, 58(1): 404-410. doi: 10.7498/aps.58.404
    [12] 吴宜勇, 岳龙, 肖景东, 杨德庄, 何世禹, 蓝慕杰, 胡建民, 张忠卫, 王训春, 钱勇, 陈鸣波. 位移损伤剂量法评估空间GaAs/Ge太阳电池辐照损伤过程. 物理学报, 2011, 60(9): 098110. doi: 10.7498/aps.60.098110
    [13] 齐佳红, 胡建民, 盛延辉, 吴宜勇, 徐建文, 王月媛, 杨晓明, 张子锐, 周扬. 电子辐照下GaAs/Ge太阳电池载流子输运机理研究. 物理学报, 2015, 64(10): 108802. doi: 10.7498/aps.64.108802
    [14] 刘婧, 张海波. 空间多能电子辐照聚合物充电过程的稳态特性. 物理学报, 2014, 63(14): 149401. doi: 10.7498/aps.63.149401
    [15] 刘婧, 张海波. 空间电子辐照聚合物的充电特性和微观机理. 物理学报, 2019, 68(5): 059401. doi: 10.7498/aps.68.20181925
    [16] 常晓阳, 尧舜, 张奇灵, 张杨, 吴波, 占荣, 杨翠柏, 王智勇. 基于分布式布拉格反射器结构的空间三结砷化镓太阳能电池抗辐照研究. 物理学报, 2016, 65(10): 108801. doi: 10.7498/aps.65.108801
    [17] 马大燕, 陈诺夫, 付蕊, 刘虎, 白一鸣, 弭辙, 陈吉堃. 晶格失配对GaInP/InxGa1-xAs/InyGa1-yAs倒装三结太阳电池性能影响的分析. 物理学报, 2017, 66(4): 048801. doi: 10.7498/aps.66.048801
    [18] 翁诗甫, 张玉峰, 杜永昌, 孟祥提, 张秉忠. 中子辐照氢气氛生长硅的红外吸收. 物理学报, 1985, 34(7): 849-859. doi: 10.7498/aps.34.849
    [19] 高俊杰, 李方华, 樊汉节. α-LiIO3晶体的电子辐照效应. 物理学报, 1981, 30(4): 549-554. doi: 10.7498/aps.30.549
    [20] 陆昉, 孙恒慧, 黄蕴, 盛篪, 张增光, 王梁. 高温电子辐照硅中缺陷的研究. 物理学报, 1987, 36(6): 745-751. doi: 10.7498/aps.36.745
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-05-05
  • 修回日期:  2017-06-07
  • 刊出日期:  2017-09-20

空间用倒装三结太阳能电池及其抗辐射性能研究

    基金项目: 

    天津市科技小巨人领军企业培育重大项目(批准号:14ZXLJGX00400)和天津市科技支撑计划(批准号:16YFZCGX00030)资助的课题.

摘要: 使用金属有机化学气相沉积技术,在4英寸GaAs衬底上获得了空间用GaInP/GaAs/In0.3Ga0.7As倒装三结太阳能电池.高分辨X射线衍射和阴极射线发光测试结果表明AlInGaAs应力渐变缓冲层的晶格弛豫度约100%,其整面平均穿透位错密度约5.4×106/cm2.与GaInP/InGaAs/Ge常规三结太阳能电池相比,在AM0光谱、25 ℃测试条件下,面积24 cm2的倒装三结太阳能电池转换效率达到32%,输出功率提高了5%.采用1 MeV高能电子对倒装三结电池进行粒子辐照测试,电池各项性能参数随不同辐照剂量发生改变,在1×1015/cm2辐照总剂量下电池转换效率衰降比例达到15%.

English Abstract

参考文献 (15)

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