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AIP会议论文集 [AIP出版公司 应用数学在技术与自然科学中的应用：第十一届促进应用数学在技术与自然科学中应用国际会议 - AMiTaNS’19 - 保加利亚阿尔贝纳（2019年6月20-25日）] 应用数学在技术与自然科学中的应用：第十一届促进应用数学在技术与自然科学中应用国际会议 - AMiTaNS’19 - 硅太阳能电池中的空间辐射效应：基于物理的模型、软件、模拟及辐射效应缓解

DOI：10.1063/1.5130862 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 改进太阳能电池效率与抗辐射性能，同时兼容低成本、高产量制造工艺，这对未来美国宇航局（NASA）与美国国防部（DOD）长期太空任务中的发电应用至关重要。我们基于物理模型研究了图1所示新型超?。║T）硅光伏（PV）太阳能电池技术的辐射效应并进行模拟。这类电池因采用硅材料的大规模制造技术，有望在实现高转换效率的同时具备轻质、柔性与低成本特性。为在薄晶圆上实现高效能，Regher Solar公司采用非晶/晶体硅异质结技术及基于电镀的新型无接触金属化工艺，可使超薄硅太阳能电池达到最高23%的AM0效率。由UT硅电池制成的柔性轻质太阳能电池板能降低太空任务中太阳能阵列的质量、体积与成本。当太阳能电池用于外太空或月球、火星环境时，会受到高能粒子轰击，引发称为辐射损伤的性能退化。目前对UT硅光伏技术的抗辐射性（或耐辐射性）认知尚不充分。我们通过文献研究、综述与分析，筛选并验证了太阳能电池辐射效应的物理模型[1]。目前已探究多种提升硅太阳能电池抗辐射性的工程方案，包括材料/杂质/缺陷工程（MIDE）、器件结构工程（DSE）及器件运行模式工程（DOME），这些方法能有效减轻硅基器件的位移损伤效应[2]。掺锂抗辐射硅太阳能电池也被证实是具有吸引力的可行方案[3]。本文展示了UT硅光伏电池辐射效应的数值模拟结果，并综述了辐射损伤缓解技术。结合非均匀空位产生现象（即如前述布拉格峰附近位移损伤最大）的辐射效应数值模拟结果表明：高能质子对超薄50微米（或更?。┕杼裟艿绯卦斐傻乃鹕思?。这些结果证明UT硅光伏电池技术适用于高辐射环境的太空应用。
作者： A. Fedoseyev，S. Herasimenka
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究空间辐射对硅太阳能电池的影响，并开发模型和缓解技术以提高其抗辐射能力。

研究成果

研究得出结论：基于物理的模型和模拟能够准确预测太阳电池性能的辐射退化。通过将SRIM计算得出的不同质子能量与注量下的空位分布应用于TCAD模型，模拟结果与实验数据高度吻合。该研究还揭示了超薄硅太阳电池在高辐射空间环境中的应用潜力——高能质子造成的损伤极小。

研究不足

该研究的局限性在于，商用TCAD电子器件模拟器/工具中缺乏用于预测辐射致退化的精确模型和软件。此外，对太阳能电池辐射效应的实验研究既昂贵又耗时。

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