空间用GaInP/GaAs/In0.3Ga0.7 As(1 eV)倒装三结太阳电池研制

采用阶变缓冲层技术 (step-graded) 外延生长了具有更优带隙组合的倒装GaInP/GaAs/In_0.3Ga_0.7As(1.0 eV) 三结太阳电池材料, TEM和HRXRD测试表明晶格失配度为2%的In_0.3Ga_0.7As 底电池具有较低的穿透位错密度和较高的晶体质量, 达到太阳电池的制备要求. 通过键合、剥离等工艺制备了太阳电池芯片. 面积为 10.922 cm² 的太阳电池芯片在空间光谱条件下转换效率达到32.64% (AM0, 25 ℃), 比传统晶格匹配的 GaInP/GaAs/Ge(0.67 eV) 三结太阳电池的转换效率提高3个百分点. 关键词： 太阳电池 三结 倒装结构     

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

根据电子辐照条件下的常规三结砷化镓太阳能电池光谱响应以及电池电流的损伤特征, 确定电池衰减的物理机理: 中电池在电子辐照后形成的辐照损伤缺陷, 使得基区少子扩散长度被大幅缩短, 影响了光生载流子的收集. 针对中电池衰减的物理机理, 设计不同的基区厚度, 验证辐照后扩散长度缩短至1.5 μm左右. 为提升中电池抗辐照性能, 消除辐照后扩散长度缩减带来的影响, 对中电池外延结构进行设计, 将中电池基区减薄至1.5 μm, 并在其下方嵌入分布式布拉格反射器, 对特定波段光反射进行二次吸收, 弥补中电池减薄的影响. 通过TFCalc光学模系设计软件模拟出的中心波长为850 nm, 15对Al_0.9Ga_0.1As/Al_0.1Ga_0.9As的分布式布拉格反射器, 实际测试最高反射率大于97%, 高反带宽94 nm, 能够满足设计要求. 此基础上进行了新结构电池的外延生长与辐照测试对比. 实验结果表明: 新结构太阳能电池辐照后短路电流衰减比原结构降低了50%, 效率的剩余因子提升2.3%.     

钙钛矿太阳能电池辐照实验研究

太阳能电池作为航天器的重要能源,其空间抗辐射性能具有重要的研究意义.钙钛矿太阳能电池因其较长的载流子寿命、较高的光吸收性能、高载流子迁移率以及成本低和易于制备等优势成为太阳能电池研究的前沿和热点.近年来,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已逐渐提升至25.5%,在各个领域逐渐走向实际应用,并将有可能应用于航天器的电源系统.目前,钙钛矿太阳能电池的空间辐照效应研究较为分散,实验样品来自不同的制备工艺,不同器件结构和组分比例会导致实验结果的差异.本文基于自主研制的钙钛矿太阳能电池样品分别开展了质子、电子以及γ辐照实验研究,通过分析辐照前后的光电特性预测其辐射效应规律,为钙钛矿太阳能电池的空间应用提供实验依据.     

空间多能电子辐照聚合物充电过程的稳态特性

空间同步轨道上多能电子辐照聚合物的充电过程及其稳态特性是研究和抑制通信卫星静电放电的基础.在同步电子散射-输运微观模型的基础上,采用具有10—400 keV积分能谱分布的多能电子辐照聚酰亚胺样品,进行了多能电子辐照聚酰亚胺充电过程的数值模拟,获得了空间电荷密度、空间电位、空间电场分布和聚合物样品参数条件下的表面电位和最大场强.结果表明,多能电子与样品发生散射作用并沉积在样品内形成具有高密度的电荷区域分布,同时在迁移和扩散的作用下输运至样品底部形成样品电流;充电达到稳态、电子迁移率较小时(小于10-10cm2·V-1·s-1),表面电位绝对值和充电强度随电子迁移率的降低明显加强,捕获密度较大时(大于1014cm-3),表面电位绝对值和充电强度随捕获密度的增大明显加强;聚合物样品厚度对表面电位和充电强度的影响大于电子迁移率、捕获密度和相对介电常数的影响.研究结果对于揭示空间多能电子辐照聚合物的充电现象及微观机理、提高航天器故障机理研究水平具有重要科学意义和价值.     

连续激光辐照对三结砷化镓电池散射光谱的特性影响

太阳能电池作为一种高效的光电转化器,被广泛地应用于光伏发电系统中。激光作为一种高亮度光源辐照电池时,会导致其出现损伤,可利用电池的表面散射光谱特性,对其损伤程度进行判别。通过目标表面散射光谱测量系统,对激光辐照后的三结砷化镓电池散射光谱进行测量,并计算双向反射分布函数(BRDF)。其中测量系统主要由FX 2000和NIR 17型光纤光谱仪组成,针对电池表面的强镜反射特性,在实验中采用了入射角和反射角为30°的测量几何模型。原始三结砷化镓太阳能电池的结构主要包括减反射膜DAR层、顶电池GaInP层、中电池GaAs层和底电池Ge层,其散射光谱特征包括可见光谱段(500～900 nm)的吸收特性及近红外谱段(900～1 200 nm)的类周期振荡特性,在对连续激光辐照损伤后电池的光谱特性进行实验测量后,得到了损伤电池光谱BRDF的变化,并结合基于薄膜干涉理论的电池散射光谱模型,对各膜层损伤后的特征进行了分析。结果表明：DAR层的主要作用是降低光谱反射能量,对光谱曲线的特性影响较小;Ge层对光谱曲线形状基本无影响;电池散射光谱吸收和干涉等特征主要由GaInP层和GaAs层所引起,其中,GaIn...     

空间辐照环境对光学材料作用效应的模拟研究

介绍了对材料有重要影响的空间辐照环境 ,并利用地面模拟设备对某些遥感光学材料在空间辐照环境下的行为进行研究。结果表明 ,以质子、电子和太阳紫外线为代表的空间辐照环境在光学材料中产生表面剥蚀、着色、诱发表面污染和充放电等效应 ,从而使光学材料的性能在不同程度上退化     

轻质柔性GaInP/Ga(In)As/Ge三结太阳电池及其性能研究

为了研究柔性太阳能电池的性能,通过太阳能电池减薄工艺制备出轻质柔性Ga In P/Ga(In)As/Ge三结太阳能电池芯片。尺寸为40 mm×60 mm的电池芯片重量为0.7 g,仅为常规175μm厚度电池重量的30%。验证了柔性电池工艺的可行性,制得的柔性电池转换效率达到了30.64%,同常规厚度电池十分接近。对比测试了两种样品不同温度下的暗电流曲线,拟合了两种电池样品的温度系数,结果表明:电池的温度系数与衬底类型无关,只与电池PN结本身相关。     

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的电子辐照损伤效应

研究了1 MeV和1.8 MeV电子辐照下GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的辐照损伤效应.电学性能研究结果表明,GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的开路电压、短路电流和最大功率随辐照剂量的增加发生明显衰降,在1 MeV电子辐照下剂量为1×10¹⁵cm^-2时,与辐照前相比最大功率衰降了17.7%.暗I-V特性分析表明,高能电子辐照下三结电池串、并联电阻的变化是引起太阳电池电学性能衰降的重要原因.光谱响应分析结果表明,GaInP 关键词： GaInP/GaAs/Ge太阳电池 电子辐照 电学性能 光谱响应     

电子辐照对ZnO/K_2SiO_3型热控涂层光学性能的影响

研究了电子辐照对 Zn O/K2 Si O3 型热控涂层光学性能的影响。采用 1 0 ,3 0 ,50和 70 ke V的电子对试样进行辐照。在辐照前后对每一个试样的光谱反射系数进行了原位测量。根据 Johnson太阳光谱分布计算了涂层的太阳光谱吸收系数。分析了电子能量对光谱反射系数和太阳光谱吸收系数的影响 ,并对红外区光谱反射系数的变化结果进行了讨论。实验结果发现电子辐照后 Zn O/K2 Si O3 涂层的光学性能发生严重退化 ,退化程度取决于电子能量 ,随电子能量的增大而增大。     

Effects of electron radiation on shielded space and triple-junction GaAs solar cells

The displacement damage dose methodology for analysing and modelling the performance of triple-junction InGaP₂/GaAs/Ge solar cells in an electron radiation environment is presented. Degradations at different electron energies are correlated with displacement damage dose (D_\rm d). One particular electron radiation environment, relative to a geosynchronous earth orbit (GEO), is chosen to calculate the total D_\rm d behind the different thicknesses coverglasses to predict the performance degradation at the end of the 15-year mission.     

三结太阳电池在非均匀光照下光斑强度和覆盖比率的优化研究

高倍聚光光伏组件通常采用光电转化效率较高的三结太阳电池.由于聚光器件的非理想性,电池承受的光照分布通常是高度非均匀的,在光伏组件中可通过适当增大光斑与电池面积的比率来降低光照非均匀性对电池电学性能的影响.通过对某一特定三结电池进行电路网络建模计算,分析光斑的强度分布和照射面积对电池的影响,并对比了四种设计方案(均匀光照、非均匀光照、电池效率最大、组件效率最大)下的光斑强度、光斑大小、电池效率以及电池温度分布.对比分析结果表明,组件达到效率最大时的电池效率并不是电池在标准测试条件下的最大效率,而使电池工作在效率最大值的设计方案中组件效率最低.组件效率最大方案中使用的聚光器透镜面积较小,因此该方案将导致组件成本增大.电池效率最大方案中使用的聚光器透镜面积较大并且电池温度最低,故该方案组件成本较低且可靠性较高.这表明在实际组件设计中应充分考虑对发电量的实际需求,选择合适的几何聚光倍数和光斑覆盖电池的比率.     

Evaluation and prediction of the degradation of space Si solar cells induced by a low-earth-orbit radiation environment

Space-graded silicon solar cells are evaluated by 1 MeV and 2 MeV electron-irradiation. The mean degradation of the maximum power (P_max) is presented and analyzed. The degradation at both electron energies has been correlated with the displacement damage dose (D_d). A good linearity between the electron D_d and the mean P_max degradation is obtained. The concept of D_d has also been used to predict the Si solar cell response in a low-earth-orbit (Altitude 799 km, Inclination 99^o) radiation environment, considering the shielded effect of a 120 μ m-thick silica coverglass on reducing the radiation. Compared with the on-orbit data from a Si solar array of a Chinese satellite (duration from April 2007 to July 2010), a good match can be found between the on-orbit data and the predicted results using D_d methodology, indicating the method is appropriate for evaluating the radiation damage of the solar cells, and also to provide a new technique for studying radiation effects on the optoelectronic detectors used in many high energy physics applications, where harsh radiation environments produce damage in optoelectronic device materials.     

Inverted organic solar cells with solvothermal synthesized vanadium-doped TiO_2 thin films as efficient electron transport layer

We investigated the effects of using different thicknesses of pure and vanadium-doped thin films of TiO_2 as the electron transport layer in the inverted configuration of organic photovoltaic cells based on poly(3-hexylthiophene) P3HT:[6-6] phenyl-(6) butyric acid methyl ester(PCBM). 1% vanadium-doped TiO_2nanoparticles were synthesized via the solvothermal method. Crystalline structure, morphology, and optical properties of pure and vanadium-doped TiO_2 thin films were studied by different techniques such as x-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmittance electron microscopy, and UV–visible transmission spectrum. The doctor blade method which is compatible with roll-2-roll printing was used for deposition of pure and vanadium-doped TiO_2 thin films with thicknesses of 30 nm and 60 nm. The final results revealed that the best thickness of TiO_2 thin films for our fabricated cells was 30 nm. The cell with vanadium-doped TiO_2 thin film showed slightly higher power conversion efficiency and great J_(sc) of 10.7 mA/cm~2 compared with its pure counterpart. In the cells using 60 nm pure and vanadium-doped TiO_2 layers, the cell using the doped layer showed much higher efficiency. It is remarkable that the external quantum efficiency of vanadium-doped TiO_2 thin film was better in all wavelengths.     

MoO3/Ag/AI/ZnO intermediate layer for inverted tandem polymer solar cells

We report an MoO3/Ag/Al/ZnO intermediate layer connecting two identical bulk heterojunction subcells with a poly（3-hexylthiophene） and [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester （P3HT and PCBM） active layer for inverted tan- dem polymer solar cells. The highly transparent intermediate layer with an optimized thickness realizes an Ohmic contact between the two subcells for effective charge extraction and recombination. A maximum power conversion efficiency of 3.76% is obtained for the tandem cell under 100 mW/cm2 illumination, which is larger than that of a single cell （3.15%）. The open-circuit voltage of the tandem cell （1.18 V） approaches double that of the single cell （0.61 V）.     

MoO_3/Ag/Al/ZnO intermediate layer for inverted tandem polymer solar cells

We report an MoO3/Ag/Al/ZnO intermediate layer connecting two identical bulk heterojunction subcells with a poly(3-hexylthiophene) and [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester(P3HT and PCBM) active layer for inverted tandem polymer solar cells. The highly transparent intermediate layer with an optimized thickness realizes an Ohmic contact between the two subcells for effective charge extraction and recombination. A maximum power conversion efficiency of 3.76% is obtained for the tandem cell under 100 mW/cm2 illumination, which is larger than that of a single cell(3.15%).The open-circuit voltage of the tandem cell(1.18 V) approaches double that of the single cell(0.61 V).     

调制光/电作用下染料敏化太阳电池中电荷传输和界面转移研究

详细讨论了染料敏化太阳电池(DSC)在稳态光照射或外加偏压下电荷的传输和转移过程,以及在调制光/电作用下电池的频率响应特点.通过电化学阻抗谱、光电化学阻抗谱、强度调制光电流谱和强度调制光电压谱等四种频谱光电测试手段,对DSC中TiO₂薄膜电子传输和界面转移的相关时间常数进行测量.详细分析和比较了电荷的传输及转移过程对时间常数的影响.结果表明,在低光强或低偏压下电荷传输和转移过程对时间常数影响较小,但在高光强或高偏压下对电子寿命影响明显.