空间用高效倒置三结GaInP/GaAs/InGaAs太阳电池的辐射效应研究
近日，云南师范大学能源与环境科学学院艾尔肯研究员课题组在Solar Energy Materials and Solar Cells（影响因子6.984，JRC一区，中科院二区）上发表了标题为“1 MeV electron and 10 MeV proton irradiation effects on inverted metamorphic GaInP/GaAs/InGaAs triple junction solar cell”（doi: 10.1016/j.solmat.2021.111022）的研究论文。该论文以云南师范大学能源与环境科学学院为第一通讯单位，李娟硕士研究生为第一作者，艾尔肯研究员为通讯作者。
传统正向晶格匹配（LM）三结砷化镓太阳电池虽然广泛运用于航天器上，但由于子电池之间的带隙不匹配造成的电流损失限制其效率（约30%）的进一步提高。倒置晶格失配（IMM）三结砷化镓太阳电池很好的解决了多结电池带隙不匹配，因此获得更高的电池光电转换效率，为下一代空间用太阳电池提供了一种选择。但是执行航天任务的太阳电池不仅要具备较高的转换效率，还要有良好的抗辐照性能。因此对于IMM电池的高能粒子辐照实验以及探索IMM太阳电池辐射损伤机理是必要的。
该论文系统的研究了空间用高效倒置（IMM）结构GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳电池（初始效率30%， AM0）在1 MeV电子和10 MeV质子辐照条件下的辐照特性，主要光电参数随辐照注量衰减规律，并与传统晶格匹配（LM）GaInP/GaAs/Ge三结电池进行了对比。在3×1010 MeV/g位移损伤注量下，两种电池都表现出良好的抗辐射能力，电池输出功率的衰减幅度小于15%，已达到空间用抗辐射太阳电池标准。相对于LM三结电池，IMM结构三结太阳电池显示出在器件寿命末端（End-of-life, EOL）条件下更好的电流匹配性能。这表明，IMM结构三结电池不但解决了LM结构电池初始条件下的电流失配缺点，而且更符合长期空间任务中应用。文章还通过非电离损伤能量（NIEL）方法，计算出这两种电池在1 MeV电子和10 MeV质子辐照条件下的相对衰减系数，采用同等位移损伤模型计算出这两种电池结构的电子和质子辐射损伤系数。本论文研究结果对空间太阳电池抗辐射能力评估具有重要意义。
图1. (a) IMM 和 (b) LM 结构GaAs三结太阳电池I-V曲线在1 MeV电子和10 MeV质子辐照后的变化曲线。
图2. 1 MeV电子和10 MeV质子辐照后结合相对损伤系数Rep计算的（a）IMM和（b）LM电池Pmax退化曲线拟合结果。
艾尔肯研究员课题组（https://solar.ynnu.edu.cn/info/1030/2163.htm）长期致力于III-V族光电材料与器件、高效III-V族多结太阳电池、III-V族光电器件仿真模拟、钙钛矿太阳电池、III-V族光电材料与器件辐射效应的研究。艾尔肯研究员作为中组部高层次人才引进以及云南省高层次人才引进，参与及在研多项重点科研项目，以第一作者以及通讯作者发表了多篇SCI论文。欢迎有意向于该领域研究的同学报考课题组硕士和博士研究生，也欢迎对论文感兴趣的同学下载阅读及引用。
