立多子浓度变化的基本规律具体为：
[0041] n = n〇-Rc〇
[0042] 在给定太阳电池基本的制备工艺参数的情况下根据非线性拟合得到的载流子去 除率可以确定不同能量的电子和质子辐照下电池多子浓度变化的基本规律n = n(|-RcO。其 它步骤及参数与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0043] 采用以下实施例验证本发明的有益效果：
[0044] 实施例一：
[0045] 本实施例一种分析空间单结太阳电池多数载流子输运的方法，具体是按照以下步 骤制备的：
[0046] 步骤一、基于空间带电粒子辐照下半导体材料的载流子输运模型和太阳电池能带 模型建立太阳电池开路电压退化模型；
[0047] 基于空间带电粒子辐照下半导体材料的载流子输运模型和太阳电池能带模型建 立太阳电池开路电压退化模型：
[0048]
(1) ,,2k/7"
[0049]带电粒子辐照前，带电粒子辐照注量〇 = 0时，则内建电压为，则 Hth 归一化开路电压退化模型
[0050]
(2)
[0051] 式⑵与太阳电池的工程应用模型在形式上一致，式中，表示空间带电粒子辐 照前太阳电池的开路电压；V。。分别表示空间带电粒子辐照后太阳电池的开路电压； n(l为辐 照前的多数载流子浓度，h为本征载流子浓度；a "为多子浓度损伤系数，0)为带电粒子辐 照注量；kB为玻耳兹曼常数、T为温度、q为电子电量。
[0052] 步骤二、建立太阳电池开路电压退化的基本实验规律；通过空间辐射环境地面等 效模拟试验获得带电粒子辐照下太阳电池开路电压退化规律；其中，带电粒子辐照下太阳 电池开路电压退化的规律包括不同能量电子辐照下太阳电池开路电压退化规律和不同能 量质子辐照下太阳电池开路电压退化规律；
[0053] 不同能量电子辐照下太阳电池开路电压退化规律具体为：
[0054] (1)由于电子辐照下空间太阳电池的损伤效应存在原子发生位移的能量阈值，所 以电子辐照的电子能量大于200keV，电子辐照的入射电子能量要求选择4~6个能量值；
[0055] (2)根据常见实验设备的参数，选取电子能量分别为1、2、4和lOMeV供参考使用； 电子注量的选取要依据电池电学参数退化幅度而定，要求电池最大功率的退化幅度达到辐 照前的75 %以下，所选取的电子注量值在4个以上。
[0056] 不同能量质子辐照下太阳电池开路电压退化规律具体为：
[0057] (1)由于小于200keV质子辐照下太阳电池电学参数的退化与入射质子能量密切 相关；小于200keV质子能量的选择根据SRIM带电粒子辐照效应模拟程序的计算结果进行， 选取在电池中射程末端分别处于电池发射区、空间电荷区和基区的质子能量值，选取4种 (需要根据电池的参数选取，依据本发明的电池参数选取40、70、100和1701?^的质子）不 同能量的质子；
[0058] (2)大于200keV质子辐照下太阳电池电学参数的退化幅度随入射质子能量的增 高而减小，可以根据实验设备的具体参数，选取一定能量间隔为2MeV的质子能量值4种 (2、4、7和lOMeV);质子注量的选取要依据电池电学参数退化幅度而定，要求电池最大功率 的退化幅度达到辐照前的75%以下，所选取的电子注量值在4个以上。
[0059] 步骤三、根据带电粒子辐照下太阳电池开路电压退化规律的数据，使用太阳电池 开路电压退化模型进行非线性拟合得到多子浓度损伤系数a n，从而得到载流子去除率R。， 其中，载流子去除率R。为多子浓度损伤系数a "与载流子浓度的乘积；
[0060] 利用方程（2)使用Origin程序分析软件对带电粒子辐照下太阳电池开路电压 退化规律的数据进行非线性拟合得到多子浓度损伤系数a n，进而计算载流子去除率Re = nan;其中，方程（2)中相应参数的初值根据太阳电池的实际制备工艺参数确定；
[0061] 本发明以IMeV电子福照下GaAs/Ge太阳电池的退化结果为例使用Origin程序分 析软件进行非线性拟合，如图1所示；图1为IMeV电子辐照下GaAs/Ge太阳电池开路电压 退化规律及其非线性拟合曲线。
[0062] 步骤四、根据载流子去除率R。建立多子浓度变化的基本规律；其中，多子为多数载 流子；以不同能量的质子辐照结果为例，本发明给出不同能量的质子辐照下太阳电池多数 载流子浓度损伤系数随质子能量变化的基本规律，如图3所示；
[0063] 在给定太阳电池基本的制备工艺参数的情况下根据非线性拟合得到的载流子去 除率可以确定不同能量的电子和质子辐照下电池多子浓度变化的基本规律n = n(|-RcO。
[0064] 步骤五、PC1D程序模拟分析结果；利用PC1D太阳电池模拟分析程序模拟带电粒子 辐照下太阳电池的光谱响应和伏安特性，进而得到电池多子浓度随入射粒子能量变化的基 本规律；本发明以IMeV电子辐照下GaAs/Ge太阳电池的退化结果为例，使用PC1D太阳电池 模拟分析程序在模拟分析电池光谱响应和IV特性的基础上建立多子浓度随入射电子注量 变化的基本规律，如图2所示。
[0065] 步骤六、研宄结果的对比分析和实验验证综合对比步骤四和步骤五所得结果，分 析步骤四和步骤五所得结果的一致性和差异性，可以保证研宄结果的科学性。提供下相关 仿真实验数据以IMeV电子辐照结果为例，采用辐照损伤模型进行非线性拟合得到的多子 去除率约为67CHT 1，而使用PC1D程序分析所得结果约为24. 03CHT1。研宄结果存在差异恰恰 说明太阳电池多数载流子去除效应是开路电压退化的主要原因之一，此外空间电荷区产生 的辐照损伤缺陷也是太阳电池开路电压退化的主要原因。
[0066] 本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域 技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本 发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种分析空间单结太阳电池多数载流子输运的方法，其特征在于一种分析空间单结 太阳电池多数载流子输运的方法具体是按照以下步骤进行的： 步骤一、基于空间带电粒子辐照下半导体材料的载流子输运模型和太阳电池能带模型 建立太阳电池开路电压退化模型； 步骤二、建立太阳电池开路电压退化的基本实验规律；通过空间辐射环境地面等效模 拟试验获得带电粒子辐照下太阳电池开路电压退化规律；其中，带电粒子辐照下太阳电池 开路电压退化的规律包括不同能量电子辐照下太阳电池开路电压退化规律和不同能量质 子辐照下太阳电池开路电压退化规律； 步骤三、根据带电粒子辐照下太阳电池开路电压退化规律的数据，使用太阳电池开路 电压退化模型进行非线性拟合得到多子浓度损伤系数an，从而得到载流子去除率R。，其 中，载流子去除率R。等于多子浓度损伤系数a"与载流子浓度的乘积； 步骤四、根据载流子去除率R。建立多子浓度变化的基本规律；其中，多子为多数载流 子； 步骤五、利用PC1D太阳电池模拟分析程序模拟带电粒子辐照下太阳电池的光谱响应 和伏安特性，进而得到电池多子浓度随入射粒子能量变化的基本规律。2. 根据权利要求1所述一种分析空间单结太阳电池多数载流子输运的方法，其特征在 于：步骤一中基于空间带电粒子辐照下半导体材料的载流子输运模型和太阳电池能带模型 建立太阳电池开路电压退化模型具体过程为： 基于空间带电粒子辐照下半导体材料的载流子输运模型和太阳电池能带模型建立太 阳电池开路电压退化模型：带电粒子辐照前，带电粒子辐照注量〇 =〇时，则内建电压为，则归一 化开路电压退化模型式中，表示空间带电粒子辐照前太阳电池的开路电压；V。。分别表示空间带电粒子 辐照后太阳电池的开路电压；％为辐照前的多数载流子浓度，ni为本征载流子浓度；a"为 多子浓度损伤系数，①为带电粒子辐照注量；kB为玻耳兹曼常数、T为温度、q为电子电量。3. 根据权利要求1所述一种分析空间单结太阳电池多数载流子输运的方法，其特征在 于：步骤二中不同能量电子辐照下太阳电池开路电压退化规律具体为： (1) 电子辐照的电子能量大于200keV，电子辐照的入射电子能量要求选择4~6个能 量值； (2) 选取电子能量分别为1、2、4和lOMeV供参考使用，要求电池最大功率的退化幅度达 到辐照前的75%以下，所选取的电子注量值在4个以上。4. 根据权利要求1所述一种分析空间单结太阳电池多数载流子输运的方法，其特征在 于：步骤二中不同能量质子辐照下太阳电池开路电压退化规律具体为： (1) 小于200keV质子能量的选择根据SRIM带电粒子辐照效应模拟程序的计算结果 进行，选取在电池中射程末端分别处于电池发射区、空间电荷区和基区的质子能量值，选取 3~5种不同能量的质子； (2) 大于200keV质子辐照下太阳电池电学参数的退化幅度，选取一定能量间隔为1~ 3MeV的质子能量值3~5种；要求电池最大功率的退化幅度达到辐照前的75%以下，所选 取的电子注量值在4个以上。5. 根据权利要求1所述一种分析空间单结太阳电池多数载流子输运的方法，其特征 在于：步骤三中根据带电粒子辐照下太阳电池开路电压退化规律的数据，使用太阳电池开 路电压退化模型进行非线性拟合得到多子浓度损伤系数an，从而得到载流子去除率Re = nan具体过程为： 利用方程（2)使用Origin程序分析软件对带电粒子辐照下太阳电池开路电压退化规 律的数据进行非线性拟合得到多子浓度损伤系数an，进而计算载流子去除率Re=nan。6. 根据权利要求1所述一种分析空间单结太阳电池多数载流子输运的方法，其特征在 于：步骤四中根据载流子去除率Rc建立多子浓度变化的基本规律具体为： n=rio-RcO〇
【专利摘要】一种分析空间单结太阳电池多数载流子输运的方法，本发明涉及分析多数载流子输运的方法。本发明是要解决现有技术无法给出空间带电粒子辐照下电池内部载流子输运性质的变化规律的问题。本发明是通过步骤一、建立太阳电池开路电压退化模型；步骤二、建立太阳电池开路电压退化的基本实验规律；通过空间辐射环境地面等效模拟试验获得带电粒子辐照下太阳电池开路电压退化规律；步骤三、根据多子浓度损伤系数αn得到载流子去除率RC；步骤四、根据载流子去除率RC建立多子浓度变化的基本规律；步骤五、得到电池多子浓度随入射粒子能量变化的基本规律等步骤实现的。本发明应用于空间太阳电池辐照损伤效应与机理领域。
【IPC分类】G01R31/26
【公开号】CN104991178
【申请号】CN201510357943
【发明人】王月媛, 胡建民, 齐佳红, 盛延辉, 崔海欣
【申请人】哈尔滨师范大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年6月25日