付 帥，郭宏亮，江濠鵬，祝穎欣，謝凱璇，王婉晴，吳宜勇

（哈爾濱工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 哈爾濱 150001）

三結(jié)太陽電池高能電子損傷模擬及仿真分析

付 帥，郭宏亮，江濠鵬，祝穎欣，謝凱璇，王婉晴，吳宜勇

（哈爾濱工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 哈爾濱 150001）

利用wxAMPS軟件構(gòu)建了高效GaInP/GaAs/Ge太陽電池的中電池模型，并對電池抗輻照性能進(jìn)行模擬研究。模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輻照缺陷密度較小時，缺陷對中電池的電性能影響較??；當(dāng)缺陷密度較大時，電性能的下降與電子注量值的對數(shù)成正比。計算電池的I-V和量子效率譜（QE曲線）可知，電池電性能的下降直接對應(yīng)于量子效率的下降、飽和暗電流的增強(qiáng)以及并聯(lián)電阻的衰降。模擬結(jié)果與試驗結(jié)果的對比顯示，在各子電池均勻損傷的假定下，1MeV電子輻照的缺陷引入率約為0.81。

三結(jié)太陽電池；輻照損傷；缺陷密度；量子效率；數(shù)值模擬

0 引言

電源系統(tǒng)是衛(wèi)星的重要分系統(tǒng)之一，目前大部分衛(wèi)星在軌運(yùn)行的主要能量來源為太陽電池陣。以GaAs為代表的 III-V族化合物由于具有較強(qiáng)的光電轉(zhuǎn)化能力而被廣泛應(yīng)用于航天器太陽電池［1-2］。GaAs系列電池還可以通過調(diào)節(jié)成分的比例來調(diào)整帶隙寬度［3］，外延生長多結(jié)電池，達(dá)到對光譜的最優(yōu)匹配。目前廣泛使用的多結(jié)電池包括GaInP/GaAs/Ge太陽電池等［4］。

太陽電池在軌運(yùn)行期間受到惡劣空間環(huán)境的影響，其中地球輻射帶的高能粒子會在電池內(nèi)部造成位移損傷，形成載流子復(fù)合中心，使得電池宏觀電性能出現(xiàn)不同程度的衰降［5-6］。因此，有必要對電池在高能粒子輻照下的退化進(jìn)行研究。

國內(nèi)外對三結(jié)電池的輻照損傷行為的研究方法主要分為2類：第1類是純試驗/實驗方法［6-8］，即通過進(jìn)行地面輻照試驗或者在軌測試，分析電池電性能隨輻照注量和服役時間的退化規(guī)律及機(jī)理，采用I-V曲線、量子效率譜（QE曲線）、深能級瞬態(tài)譜（deep level transient spectroscopy， DLTS）等進(jìn)行表征。這類研究工作需要較長的時間和較高的成本，而且受到輻照和測試設(shè)備的限制，常常不能完整地描述出整個空間能譜下的輻照損傷。第2類是仿真與試驗結(jié)合的方法［9-10］，其中仿真部分是指基于電子運(yùn)動基本規(guī)律以及材料的各種性能參數(shù)，通過電流連續(xù)性方程，利用有限差分法或有限元方法計算宏觀電池的電性能。這種方法將載流子的微觀運(yùn)動和電池的宏觀電性能聯(lián)系起來，可以從更本質(zhì)的角度去研究輻照損傷機(jī)理，研究所需成本低、效率高，結(jié)合少量的試驗數(shù)據(jù)即能預(yù)測各種環(huán)境能譜和多種太陽電池結(jié)構(gòu)下的輻照退化行為。然而，建模過程的復(fù)雜性和材料參數(shù)的不確定性使得仿真模擬方法在國內(nèi)發(fā)展滯后。

本文主要采用器件模擬仿真的方法，并借助少量試驗數(shù)據(jù)研究太陽電池的退化機(jī)理和規(guī)律。應(yīng)用一維太陽電池模擬軟件wxAMPS［11］對GaAs太陽電池進(jìn)行建模，計算電池在不同缺陷參數(shù)下的電性能。

1 試驗對象與研究方法

1.1太陽電池及其初始性能測試

試驗材料為天津電源研究所研制的高效GaInP/GaAs/Ge太陽電池，尺寸為2cm×4cm（見圖1（a）），內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)見圖1（b）。利用IV-HSPV1設(shè)備測量得到電池在光照條件下的I-V曲線和P-V曲線（見圖 2）：開路電壓為2.8V，短路電流為0.13A，最大功率為0.3W。利用QE10X設(shè)備測量得到該太陽電池的QE曲線（見圖3）：頂電池主要吸收波長小于680nm的太陽光，中電池主要吸收波長為680～880nm的紅光和近紅外光，底電池主要吸收波長大于880nm的紅外光。

圖1　高效GaInP/GaAs/Ge太陽電池Fig. 1 High efficiency GaInP/GaAs/Ge solar cell

圖2　GaInP/GaAs/Ge太陽電池的初始I-V和P-V曲線Fig. 2 I-V and P-V curves of GaInP/GaAs/Ge solar cell

圖3　GaInP/GaAs/Ge太陽電池的初始QE曲線Fig. 3 QE curves of GaInP/GaAs/Ge solar cell

1.2輻照試驗

高能電子輻照試驗在黑龍江省技術(shù)物理研究所高能電子加速器上進(jìn)行，輻照電子的能量為1MeV。1MeV電子在工程上常被用來評價材料的抗輻照性能，取其通量為1×1011cm-2·s-1，注量分別為3× 1014、5×1014、8×1014和1×1015cm-2。

1.3仿真建模及參數(shù)設(shè)置

wxAMPS軟件的仿真建模過程主要包括：確定邊界條件；電池結(jié)構(gòu)設(shè)置；材料缺陷設(shè)置。

1.3.1確定邊界條件

利用wxAMPS軟件求解電流微分方程組，需要給出的邊界條件包括入射光參數(shù)（包括光強(qiáng)、波長等）、前/后表面反射率、邊界電壓、表面勢壘和復(fù)合率等。計算I-V曲線時采用ASTM E-490標(biāo)準(zhǔn)AM0太陽光譜。GaInP/GaAs/Ge電池主要吸收波長范圍為300～1700nm的太陽光，對應(yīng)區(qū)間的AM0太陽光譜如圖4所示。

圖4　ASTM E-490標(biāo)準(zhǔn)AM0太陽光譜（300～1700nm）Fig. 4 AM0 solar spectra （300～1700nm） in ASTM E-490 standard

1.3.2電池結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)設(shè)置

根據(jù)文獻(xiàn)［6-7］給出的試驗結(jié)果，經(jīng)過高能電子輻照后，三結(jié)太陽電池之中電池的量子效率退化最嚴(yán)重，頂電池和底電池的退化相對較小。故本文重點(diǎn)分析 GaInP/GaAs/Ge太陽電池的中電池退化行為。頂電池對短波太陽光的吸收會影響到達(dá)中電池的太陽光譜，故對中電池進(jìn)行軟件建模時需要在GaAs電池的前表面設(shè)置一層虛擬的濾波片用來模擬頂電池的吸收作用。電池建模的參數(shù)設(shè)置見表1，win層即為濾波層，win層之下為GaAs電池的發(fā)射區(qū)和基區(qū)。濾波層材料的參數(shù)通過擬合QE曲線獲得?？赏ㄟ^調(diào)整win層材料的吸收率使得中電池短波段的QE曲線與試驗結(jié)果盡可能相符合。仿真建模中所使用的材料參數(shù)主要來源于文獻(xiàn)［12-13］，GaAs發(fā)射區(qū)和基區(qū)的材料參數(shù)如表1所示。

表1　電池結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)設(shè)置Table 1 Parameter settings of solar cells for simulation

由仿真模型計算得到無缺陷中電池的I-V曲線（圖5）和QE曲線（圖6紅色曲線）：電池開路電壓為1.1V，短路電流密度為9.64mA/cm2；仿真模擬出的中電池QE曲線與真實測量的中電池QE曲線（圖6黑色曲線）相差無幾，中電池主要吸收波長范圍為650～890nm的太陽光。

圖5　仿真計算所得的中電池的I-V特性曲線Fig. 5 Simulated I-V characteristic curve of middle GaAs sub cells

圖6　仿真計算所得的中電池的QE曲線Fig. 6 Simulated QE curve of middle GaAs sub cells

1.3.3材料缺陷設(shè)置

輻照在電池內(nèi)部產(chǎn)生缺陷，將每個高能粒子產(chǎn)生的缺陷個數(shù)定義為缺陷引入率。實際輻照后，材料中的缺陷較為復(fù)雜，主要體現(xiàn)在：1）內(nèi)部缺陷多樣，有GaAs空位、間隙原子、雙空位等［14］，每一種缺陷狀況都對應(yīng)不同的電性能；2）缺陷能級在禁帶中的位置和分布不同，有Gaussian型缺陷、帶狀缺陷等；3）隨輻照注量的增加，先產(chǎn)生的缺陷會對后產(chǎn)生的缺陷造成影響，使缺陷與輻照注量之間可能偏離線性關(guān)系。為便于仿真研究，對于真實情況中的缺陷進(jìn)行適度簡化：1）假定1MeV電子只產(chǎn)生1種主要缺陷，其他缺陷對載流子的作用可以忽略不計；2）假定缺陷在禁帶中只有單一能級；3）假定缺陷密度與輻照注量線性相關(guān)。根據(jù)以上假設(shè)，可以利用單陷阱SRH模型［12］進(jìn)行進(jìn)一步研究。

中電池材料缺陷參數(shù)的選取主要依據(jù)現(xiàn)有的GaAs電子輻照試驗數(shù)據(jù)［14-16］：根據(jù)GaAs的DLTS譜，得到GaAs可能存在的所有缺陷形式；綜合現(xiàn)有文獻(xiàn)的DLTS，普遍認(rèn)為在價帶頂0.42eV存在著一個深能級缺陷，對電性能有較大影響［14-16］；根據(jù)DLTS測試數(shù)據(jù)可知，該缺陷對應(yīng)的電子、空穴俘獲截面注量為1×1013cm-2。仿真過程中同時在發(fā)射區(qū)和基區(qū)設(shè)置缺陷，研究缺陷密度對電池宏觀電性能的影響。

2 輻照試驗結(jié)果

不同注量1MeV電子輻照后，電池的I-V曲線如圖7所示。將電池的開路電壓、短路電流和最大功率進(jìn)行歸一化處理，得到電池電性能參數(shù)隨輻照注量的變化情況，如圖8所示。GaInP/GaAs/Ge太陽電池量子效率在輻照前/后的變化對比如圖 9所示。對于GaInP/GaAs/Ge太陽電池而言，其開路電壓等于各子電池開路電壓之和，其短路電流受控于各子電池中的最小項。開路電壓在輻照注量超過5×1014cm-2時發(fā)生明顯的退化，且主要發(fā)生在中電池。對于短路電流，其退化可分為2個階段：在輻照的初始階段，頂電池的短路電流最小，三結(jié)電池短路電流的變化與頂電池短路電流的變化相對應(yīng)；當(dāng)注量較大時，由于中電池退化最快，中電池的短路電流成為最小的，三結(jié)電池短路電流的變化與中電池短路電流的變化相對應(yīng)。從圖8中可以看出，隨電子輻照注量增大，開路電壓、短路電流和最大功率均減小，且短路電流與輻照注量的對數(shù)呈近似線性的關(guān)系。在1×1015cm-2注量下，短路電流退化到初始值的91%左右，結(jié)合圖9電池量子效率的退化情況可知，輻照后，中電池的量子效率退化最為明顯（退化約 20%），而頂電池則無明顯變化（退化約6%）。因此可以推測，在本文的試驗注量區(qū)間（3×1014～1×1015cm-2），由1MeV電子造成的損傷主要集中在中電池區(qū)域，中電池成為電池抗輻照性能的控制項。后文將主要針對中電池進(jìn)行損傷模擬分析。

圖7　電子輻照注量對太陽電池I-V曲線的影響Fig. 7 Effect of electron irradiation fluence on I-V curve of GaInP/GaAs/Ge solar cells

圖8　太陽電池電性能隨電子輻照注量的變化Fig. 8 The electrical properties of GaInP/GaAs/Ge solar cells against the electron irradiation

圖9　1MeV電子輻照前/后太陽電池的QE曲線對比Fig. 9 QE curve of GaInP/GaAs/Ge solar cells before and after 1MeV electron irradiation

3 中電池輻照損傷模擬分析

在無缺陷中電池模型上施加如 1.3.3節(jié)所述缺陷模擬輻照損傷，利用wxAMPS程序計算不同缺陷密度下的太陽電池電性能參數(shù)，得到如下的結(jié)果。

3.1缺陷密度對中電池開路電壓的影響

中電池開路電壓隨缺陷密度的變化情況如圖10所示。在其他條件不變的情況下，開路電壓VOC隨著缺陷密度的升高而降低：當(dāng)缺陷密度較低（＜1×1013cm-3）時，缺陷對載流子運(yùn)動的影響有限，開路電壓下降不明顯；當(dāng)缺陷密度較高（≥1×1013cm-3）時，缺陷對載流子的散射、俘獲作用明顯，開路電壓的下降速率明顯增大。由圖8可知，經(jīng)過注量為1×1015cm-2的電子輻照，開路電壓下降到初始值的 84.6%，最大功率下降到初始值的75.3%。由圖 10可知，在缺陷密度為 1×1014cm-3和1×1015cm-3的條件下，中電池的開路電壓分別下降到初始值的92.3%和83.8%。假設(shè)中電池的退化規(guī)律與三結(jié)總和電池的退化規(guī)律相同，則可相應(yīng)計算出注量為 1×1015cm-2的電子輻照造成的缺陷密度大致為8.1×1014cm-3，即1MeV電子輻照的缺陷引入率為0.81。但實際情況下，由于中電池抗輻照性能最差，三結(jié)太陽電池的開路電壓下降要比頂電池和中電池的更大，缺陷引入率應(yīng)大于0.81。

圖10　缺陷密度對中電池開路電壓的影響Fig. 10 Effect of defect density on the open circuit voltage of the cell in the middle section

3.2缺陷密度對中電池短路電流的影響

短路電流（以短路電流密度 JSC表征）隨缺陷密度的變化情況如圖11所示：當(dāng)缺陷密度較低（＜1×1014cm-3）時，短路電流略有下降但基本保持不變；而當(dāng)缺陷密度較高（≥1×1014cm-3）時，短路電流急劇降低。對比圖10和圖11可知，短路電流的變化明顯滯后于開路電壓的變化，說明開路電壓對電子輻照損傷更敏感。

此外，從圖11可知，在缺陷密度為1×1014、1×1015和1×1016cm-3的條件下，中電池短路電流分別下降到初始值的 99.8%、97.6%和 82.5%。但由于三結(jié)太陽電池并非始終為中電池限流，所以無法根據(jù)中電池短路電流獲得缺陷引入率，可根據(jù)QE曲線從短路電流角度近似得到缺陷引入率的數(shù)值。

圖11　缺陷密度對中電池短路電流的影響Fig. 11 Effect of defect density on the short circuit current of the cell in the middle section

3.3缺陷密度對中電池量子效率的影響

量子效率對光譜的積分即為短路電流。量子效率隨缺陷密度的變化情況如圖12所示：在缺陷密度較低時基本保持不變，在缺陷密度＞1×1015cm-3后迅速下降，且下降集中表現(xiàn)在 650～850nm波段。在該波段內(nèi)，缺陷密度對較長波長的光波吸收率的影響更為顯著。這主要是由于低能光子穿透能力強(qiáng)，在基區(qū)深處產(chǎn)生電子空穴對，這些電子空穴對需要移動到結(jié)區(qū)才能發(fā)生分離，這樣就需要少數(shù)載流子具有較長的擴(kuò)散長度。而經(jīng)過輻照后，少數(shù)載流子擴(kuò)散長度衰減明顯，因而對長波量子效率的影響更大。對比圖12和輻照后中電池的QE曲線（參見圖9），可以得到缺陷引入率在1～10之間。

圖12　缺陷密度對中電池量子效率的影響Fig. 12 Effect of defect density on the quantum efficiency of the cell in the middle section

3.4缺陷密度對中電池暗電流的影響

為了進(jìn)一步分析缺陷密度對太陽電池宏觀電性能的影響，將計算得到的 I-V曲線按照式（1）［10］進(jìn)行擬合，得到串聯(lián)電阻RS、并聯(lián)電阻RSH、二極管參數(shù)（反向飽和暗電流密度J0和理想因子n）等參數(shù)，其中最主要的是RSH和J0。

式中：A為電池面積，cm2；kB為玻耳茲曼常數(shù)；q為電子電荷量；U為外電路電壓，V；I為外電路電流，mA；T為電池溫度，K。

圖13為J0以及（lnJSC-lnJ0）隨缺陷密度的變化情況：暗電流密度隨著缺陷密度升高而增大，在缺陷密度較低（＜1×1013cm-3）時，暗電流密度上升較緩慢；當(dāng)缺陷密度較高（≥1×1013cm-3）時，暗電流密度迅速增加。這是因為缺陷密度增加使載流子復(fù)合電流增強(qiáng)，直接導(dǎo)致了暗電流密度的增加。

圖13　缺陷密度對中電池暗電流的影響Fig. 13 Effect of defect density on the dark current of the cell in the middle section

當(dāng)并聯(lián)電阻不是很小且串聯(lián)電阻不是很大時，開路電壓和飽和暗電流密度間的關(guān)系近似滿足式（2）。由式（2）可知，VOC和（lnJSC-lnJ0）近似成正比，因而圖 13（b）和圖 8（黑色曲線）具有某些相似性，例如其下降速度都出現(xiàn)從慢到快再到慢的過程。兩圖中的差異可以解釋為理想因子n值的影響［14］。

3.5缺陷密度對中電池并聯(lián)電阻的影響

缺陷密度對中電池并聯(lián)電阻RSH的影響如圖14所示：其變化規(guī)律與開路電壓和短路電流的類似，均隨缺陷密度D的升高而降低，缺陷密度高時尤為明顯，且當(dāng)D＞1×1013cm-3時，lnRSH與lnD近似呈線性關(guān)系。當(dāng)并聯(lián)電阻較小時，并聯(lián)電阻會分流大量的光生電流，導(dǎo)致輸出電流的下降；同時并聯(lián)電阻還會引起熱效應(yīng)，增強(qiáng)載流子的散射，使得載流子擴(kuò)散長度縮短，降低太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

總之，在缺陷密度較低時，中電池的性能退化不明顯；當(dāng)缺陷密度高于某一閾值時，電池電性能會出現(xiàn)急劇衰退，進(jìn)而影響電池的正常工作與使用。

圖14　缺陷密度對中電池并聯(lián)電阻的影響Fig. 14 Effect of defect density on the parallel resistance of the cell in the middle section

4 結(jié)束語

本文對高效 GaInP/GaAs/Ge太陽電池的電子輻照退化性能進(jìn)行了測試，結(jié)果表明其輻照損傷主要發(fā)生在中電池。在經(jīng)過注量為 1×1015cm-2的1MeV電子輻照后，中電池的量子效率出現(xiàn)了明顯的退化，而頂電池和底電池的變化較小。對真實的中電池進(jìn)行簡化建模后，利用wxAMPS程序模擬分析輻照缺陷對中電池電性能的影響發(fā)現(xiàn)：當(dāng)缺陷密度較小時，開路電壓變化不明顯；當(dāng)缺陷密度較大時，開路電壓顯著下降。若假設(shè)各子電池開路電壓等比例下降，則推測1MeV電子的缺陷引入率為0.81。短路電流的退化滯后于開路電壓的退化，利用QE曲線近似得到的缺陷引入率約為1～10。當(dāng)缺陷密度＜1×1015cm-3時，量子效率變化很小，當(dāng)缺陷密度≥1×1015cm-3時，量子效率明顯衰降。通過曲線擬合得到反向飽和暗電流密度和并聯(lián)電阻隨缺陷密度的變化情況發(fā)現(xiàn)：當(dāng)缺陷密度≥1×1013cm-3時，隨著缺陷增多，飽和暗電流密度快速增加，并聯(lián)電阻下降。

關(guān)于缺陷對頂電池、底電池和總的三結(jié)電池宏觀電性能的影響目前仍在研究中。

（References）

［1］ 鄒永剛， 李林， 劉國軍， 等. GaAs太陽能電池的研究進(jìn)展［J］. 長春理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2010， 33（1）:44-47 ZOU Y G， LI L， LIU G J， et al. Research progress of GaAs solar cell［J］. Journal of Changchun University of Science & Technology， 2010， 33（1）:44-47

［2］ 郭愛萍， 孫強(qiáng). 基于 GaAs半導(dǎo)體太陽電池技術(shù)發(fā)展概況［J］. 電源技術(shù)， 2008， 31（9）:757-758 GUO A P， SUN Q. Development status of solar cell technology based on GaAs semi-conductor［J］. Chinese Journal of Power Sources， 2008， 31（9）:757-758

［3］ 彭華， 周之斌， 崔容強(qiáng)， 等. 漸變帶隙結(jié)構(gòu)在 III-V族太陽電池中的應(yīng)用［J］. 半導(dǎo)體學(xué)報， 2005， 26（5）:958-964 PENG H， ZHOU Z B， CUI R Q， et al. Research on III-V bandgap graded solar cells［J］. Chinese Journal of Semiconductors， 2005， 26（5）:958-964

［4］ 李友杰. 高效三結(jié)GaInP2/GaAs/Ge太陽電池研究［D］.上海:上海交通大學(xué)， 2008:2-3

［5］ GAO X， YANG S S， FENG Z Z. Radiation effects of space solar cells［J］. High-Efficiency Solar Cells， 2014，190:597-622

［6］ 吳宜勇， 岳龍， 胡建民， 等. 等效位移損傷劑量法預(yù)測GaInP2/GaAs/Ge三結(jié)電池在軌性能退化規(guī)律［J］. 航天器環(huán)境工程， 2011， 28（4）:329-336 WU Y Y， YUE L， HU J M， et al. Predictions of degradation of electrical properties of GaInP2/GaAs/Ge solar cell using equivalent displacement-damage-dose technique［J］. Spacecraft Environment Engineering， 2011，28（4）:329-336

［7］ 吳宜勇， 岳龍， 胡建民， 等. 位移損傷劑量法評估空間GaAs/Ge太陽電池輻照損傷過程［J］. 物理學(xué)報， 2011，60（9）:723-732 WU Y Y， YUE L， HU J M， et al. Radiation damage of space GaAs/Ge solar cells evaluated by displacement damage dose［J］. Acta Physica Sinica， 2011， 60（9）:723-732

［8］ 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［J］. Progress in Photovoltaics:Research and Applications， 2001， 9（2）:103-121

［9］ TUROWSKI M， BALD T， RAMAN A， et al. Simulating the radiation response of GaAs solar cells using a defect-based TCAD model［J］. IEEE Transactions on Nuclear Science， 2013， 60（4）:2477-2484

［10］ SEGEV G， MITTELMAN G， KRIBUS A. Equivalent circuit models for triple-junction concentrator solar cells［J］. Solar Energy Materials and Solar Cells， 2012，98（1）:57-65

［11］ LIU Y， SUN Y， ROCKETT A. A new simulation software of solar cells-wxAMPS［J］. Solar Energy Materials & Solar Cells， 2012， 98（1）:124-128

［12］ 劉恩科. 半導(dǎo)體物理學(xué)［M］. 北京:國防工業(yè)出版社，2010:429-431

［13］ SATO S I， MIYAMOTO H， IMAIZUMI M， et al. Degradation modeling of triple-junction solar cells irradiated with various-energy protons［J］. Solar EnergyMaterials & Solar Cells， 2009， 93（6-7）:768-773

［14］ CLAEYS C， SIMOEN E. Radiation effects in advanced semiconductor materials and devices［J］. Springer Series in Materials Science， 2002， 57（2）:112-119

［15］ ZHANG X， HU J， WU Y， et al. Direct observation of defects in triple-junction solar cell by optical deep-level transient spectroscopy［J］. Journal of Physics D:Applied Physics， 2009， 42（14）:145401-145405

［16］ 鄭勇， 肖鵬飛， 易天成， 等. 1MeV電子輻照GaAs/Ge太陽電池變溫光致發(fā)光研究［J］. 北京師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2015（6）:568-570 ZHENG Y， XIAO P F， YI T C， et al. Temperature dependent photoluminescence of the GaAs/Ge space solar cell after irradiation by 1MeV electrons［J］. Journal of Beijing Normal University （Natural Science），2015（6） :568-570

（編輯：張艷艷）

Simulation of high energy electron damage of triple junction solar cell

FU Shuai， GUO Hongliang， JIANG Haopeng， ZHU Yingxin， XIE Kaixuan， WANG Wanqing， WU Yiyong
（School of Materials Science and Engineering， Harbin Institute of Technology， Harbin 150001， China）

In this paper， wxAMPS software is used to build a high-efficiency GaInP/GaAs/Ge solar cell model to study the cell’s performance under the electron irradiation. The model is based on the QE data. High-energy particles cause the displacement damage in the solar cells， which is simulated by changing the material parameters. By simulations， the degradation behavior of the solar cells can be determined. The electrical properties of the battery change little under low defect density. However， when the defect density is relatively large， the decrease of the electrical parameters is observed to be proportional to the logarithm of the fluence of 1MeV electrons. The I-V and QE curves are calculated by wxAMPS. The degradation of the electrical properties， the decrease of the QE， the growth of the reverse saturation current and the increase of the shunt resistance are closely related to each other. Combined with the simulation and the experiment results， the introduced rate of defects for the 1MeV electrons is shown to be about 0.81 when the degradation behavior of each sub cell is supposed to be the same.

triple junction solar cell； irradiation damage； defect density； quantum efficiency； numerical simulation

TM914.4

A

1673-1379（2016）04-0392-07

10.3969/j.issn.1673-1379.2016.04.010

2015-12-18；

2016-06-12

國家自然科學(xué)基金面上項目“倒置生長贗形高效四結(jié)太陽電池的輻照損傷行為與機(jī)理研究”（批準(zhǔn)號：11475049）；哈爾濱工業(yè)大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)國家級項目“新型太陽能電池空間輻照損傷與仿真分析”（編號：2014F19000）

付 帥（1995—），男，主要研究方向為納米材料及空間電子輻照效應(yīng)；E-mail:fushuai2262@163.com。郭宏亮（1990—），男，博士研究生，主要研究方向為空間Ⅲ-Ⅴ電池設(shè)計及抗輻照性能研究。通信作者：吳宜勇（1967—），男，工學(xué)博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事材料空間環(huán)境效應(yīng)和液相原子層沉積等研究；E-mail:wuyiyong@hit.edu.cn。