12、太空太阳能电池：材料、性能与辐射损伤研究

太空太阳能电池：材料、性能与辐射损伤研究

1. 硅太阳能电池输出预测与辐射损伤

在实际任务中，预测硅太阳能电池输出随时间的变化是一个直接但繁琐的过程。需要测量不同电子和质子能量下，电池的各种参数（如短路电流 (I_{sc})、开路电压 (V_{oc}) 和最大功率 (P_m) ）随粒子注量的变化。然后将电子数据转换为 1 MeV 等效注量，质子数据转换为 10 MeV 等效注量，再参考辐射损伤手册中的表格确定总注量，从而得出电池输出降至预定水平所需的在轨时间。

对于硅电池，10 MeV 质子造成的损伤常被用于相关研究。在相同硅材料（p 型或 n 型）中，由经验拟合数据得出的常数比 1 MeV 电子的常数稍大，因此在使用电子和质子辐射损伤等效概念时需谨慎。

分析表明，当硅电池受到约 (3\times10^{14}/cm^2) 的 1 MeV 电子注量时，其输出将下降约 25%。在地球同步轨道（GEO）任务中，通常需要约七年时间才会出现这种程度的降解。然而，太阳耀斑事件会显著改变计算出的降解率，目前尚无可靠的预测技术能考虑到太阳耀斑的影响。一些单次耀斑事件可能在几小时内导致 3 - 5% 的功率损失，而其他事件则可能不会造成明显的降解。

2. III - V 族化合物半导体太阳能电池

尽管硅太阳能电池在实验室中已实现高达 18% 的单太阳 AM0 效率，但要实现更高效率，需要使用具有比硅 1.1 eV 更高能带隙的替代材料。III - V 族半导体材料在微电子应用中的外延沉积技术的快速发展，使得“能带隙工程”成为可能。现在可以生长多种二元、三元和四元化合物，让电池设计者能够选择材料的能带隙和晶格常数。这些材料可以在 AM0 光谱中实现最佳效率，并可以生