14、太阳能电池辐射损伤与III - V族化合物半导体电池特性解析

太阳能电池辐射损伤与III - V族化合物半导体电池特性解析

1. 硅太阳能电池输出预测与辐射影响

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。具体步骤如下：
1. 参数测量 ：测量不同电子和质子能量下，电池的各种参数，如短路电流（Isc）、开路电压（Voc）和最大功率（Pm）随粒子注量的变化。
2. 等效注量转换 ：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。
3. 查阅手册确定总注量 ：参考辐射损伤手册中的表格，确定总注量，进而得出电池输出降至预定水平所需的轨道时间。

研究分析表明，当硅电池受到约3×10¹⁴/cm²的1 MeV电子注量时，其输出会下降约25%。在地球同步轨道（GEO）任务中，这种程度的降解通常需要约七年时间。然而，太阳耀斑事件的发生会显著改变计算得出的降解率，目前尚无可靠的预测技术能考虑到太阳耀斑的影响。有些单次耀斑事件在短短几小时内就能导致3 - 5%的功率损失，而有些则不会造成明显的降解。

2. III - V族化合物半导体太阳能电池

虽然实验室中硅太阳能电池在单太阳AM0条件下的效率高达18%，但要实现更高的效率，需要使用具有比硅的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。现在可以生长出多种二元、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。这些材料可以针对AM0光谱进行优化，制成单结或多结电池。

2.1 单结电