为获得包含布拉格反射器的太阳电池在电子辐照下的退化规律与机制,利用光学膜系软件Macleod设计出适用于晶格失配的GaInP/Ga(In)As/Ge三结太阳电池的布拉格反射器结构,并对嵌入该结构的三结太阳电池开展1 MeV的高能电子辐照实验,最后结合数值拟合方法对电池电学性能的退化进行了详细分析。结果表明:在布拉格反射器结构区域,最高反射率的理论值与实验值基本相符;随着辐照注量增大,三结电池各项电学参数的退化越发严重,短路电流退化率大于开路电压,三结电池在长波方向的外量子效率(EQE)退化逐渐严重,并且子电池Ge短路电流的退化率大于其他子电池;在相同的辐照条件下,随着辐照注量增大,布拉格反射器结构带宽区域的最高反射率逐渐衰减,但在辐照注量低于2×1 015e/cm ²时仍能提升短路电流,说明布拉格反射器结构对抗辐照具有积极作用。

为研究GaAsN/GaAs量子阱在电子束辐照下的退化规律与机制, 对GaAsN/GaAs量子阱进行了不同注量(1×1015, 1×1016 e/cm2)1 MeV电子束辐照和辐照后不同温度退火(650, 750, 850 ℃)试验, 并结合Mulassis 仿真和GaAs能带模型图对其分析讨论。结果表明, 随着电子注量的增加, GaAsN/GaAs量子阱光学性能急剧降低, 注量为1×1015 e/cm2和1×1016 e/cm2的电子束辐照后, GaAsN/GaAs量子阱PL强度分别衰减为初始值的85%和29%。GaAsN/GaAs量子阱电子辐照后650 ℃退火5 min, 样品PL强度恢复到初始值, 材料带隙没有发生变化。GaAsN/GaAs量子阱辐照后750 ℃和850 ℃各退火5 min后, 样品PL强度随退火温度的升高不断减小, 同时N原子外扩散使得样品带隙发生约4 nm蓝移。退火温度升高没有造成带隙更大的蓝移, 这是由于进一步的温度升高产生了新的N—As间隙缺陷, 抑制了N原子外扩散, 同时导致GaAsN/GaAs量子阱光学性能退化。

为研究键合四结太阳电池中In0.53Ga0.47As子电池在高注量电子辐照下的性能退化规律与机制, 对In0.53Ga0.47As单结太阳电池进行了高注量1 MeV电子辐照试验, 并结合等效位移损伤剂量理论和数值拟合方法对电池性能的退化进行了分析讨论。结果表明, 在1 MeV电子辐照下, 非电离能损(NIEL)值在电池活性区内随着电子入射深度的增加不断增大; 开路电压Voc、短路电流Isc等重要I-V特性参数随着辐照注量的增加均发生了不同程度的退化, 注量达到6×1016 e/cm2时, 电池光电转化效率为零, 电池失效。光谱响应方面, 注量小于4×1016 e/cm2时, 长波区域退化程度明显比短波区域严重; 注量大于4×1016 e/cm2时, 长波区域退化程度与短波区域基本相同。辐照位移损伤引起的光生少数载流子扩散长度减小和载流子去除效应是导致电池性能退化的主要原因。