低能质子辐射会使电池产生较大的非电离能量损失,导致少数载流子寿命降低从而破坏GaInP/GaAs/Ge电池的电性能,其中尤以中间的GaAs子电池的衰减最严重.本文以卫星用主流GaInP/GaAs/Ge三结电池为研究对象,制备与三结电池中GaAs子电池相同尺寸结构和工艺的单结GaAs电池,以150 keV质子辐照后对其性能进行测试.测试结果表明,150 keV质子辐照后电池的量子效率衰减,且基区衰减最严重.光致发光测试结果显示,在3×1010、1×1011、5×1011 cm-2辐照注量下,非辐射复合少数载流子寿命分别为2.22、0.67、0.13 ns.基于上述结果,利用多物理场仿真软件COMSOL建立了GaAs的物理模型,对GaAs子电池衰减进行仿真,将实验结果与模拟结果进行对比,两者电学参数的最大相对偏差为7％.仿真结果表明:中国空间站中电池的辐射衰减主要源于内辐射带中的质子,空间站轨道太阳能电池运行5 a,在太阳活动极大时,最大功率衰减约为7.6％,太阳活动极小时,最大功率衰减约为13.7％.
GaAs太阳能电池 辐照损伤 COMSOL 少数载流子寿命