晶硅电池的辐照效应与SnSe2材料的带隙调控研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenshu541775136
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航天科技的实力是一个国家科学技术水平的最高体现,对空间资源的科学开发和合理利用一直是各国的追求。该领域的研究需要各种高精尖的技术协同合作,而其中很重要的一方面就是关于空间飞行器的运行稳定性和可靠性的研究,这其中就包括有关空间飞行器所用太阳能电池可靠性的研究。本文首先开展了对单晶硅太阳能电池进行不同剂量的60Coγ射线辐照研究。分别测量辐照前后太阳能电池的主要性能参数,诸如开路电压、短路电流密度、最大输出功率、填充因子以及最重要的光电转化效率,并计算其衰减率。通过对比不同剂量的60Coγ射线辐照下的电池性能衰减程度,研究不同辐照条件对太阳能电池性能的影响规律。结果表明,随着辐照剂量的增加,开路电压及短路电流密度等参数的衰减率基本上也相应增大。短路电流密度,开路电压的衰减率从低剂量下的1%逐渐增大至高剂量下的5%-10%。填充因子和效率的衰减率从低剂量下的15%逐渐增大至高剂量下的40%。各性能参数在不同的剂量区间有不同的衰减程度。开压和短流密度呈轻微的线性衰减趋势,填充因子和效率在剂量为5-25 kGy的辐照下呈一定的线性下降趋势,当剂量大于25 kGy时,填充因子和效率参数的衰减趋势增大。在此基础上进行了5 kGy,15 kGy和20 kGy剂量下的辐照后退火热处理实验,结果显示退火后,开路电压等参数基本上有一定程度的恢复。5 kGy辐照样品的上述参数经退火后基本恢复到初始状态。15 kGy和20 kGy辐照样品退火后上述参数的变化规律基本类似,恢复程度不如前者大。对单晶硅太阳能电池进行能量为1 MeV的电子辐照实验,采用1 kGy和5 kGy的剂量对电池进行辐照,同样分析上述几个参数的变化和衰减率,寻找不同剂量的电子辐照对太阳能电池性能的影响规律。同时采用SRIM和Casino等粒子入射模拟软件,从理论角度对粒子与太阳能电池发生的作用进行分析。结果表明,开路电压及短路电流密度等参数的衰减率随辐照剂量增加而增大,且衰减程度远比γ射线辐照的衰减程度大,5 kGy剂量下的电子辐照造成了填充因子和效率的严重衰减。模拟结果表明粒子进入材料后,粒子轨迹大部分呈直线,部分发生偏转,极少数向反方向反冲。粒子遍布太阳能电池的p型区,n型区和背电极等区域,入射粒子能量以电离能损及声子形式损失,在电池内部产生大量空位及间隙等缺陷导致电池性能衰减。此外,还开展了有关SnSe2薄膜光学带隙调控的研究。首先利用两步法(磁控溅射+硒化)在玻璃衬底上生长SnSe2薄膜样品,设置了不同的硒化温度以研究硒化温度对薄膜光学带隙的影响。对各硒化温度下所得薄膜进行了光学透过率的测试和光学带隙的计算。结果表明在350℃的硒化温度及40 min的硒化时间下所得薄膜的透过率曲线最佳,光学带隙为1.46 eV,是最适合太阳光谱吸收的光学带隙,在更高的硒化温度以及不足的硒化时间下导致硒化过程中出现SnSe相,光学带隙在1.7 eV左右。对薄膜进行了XRD,XPS和Raman光谱测试,从相结构,表面形貌,等方面对光学带隙的调控结果进行表征。结果表明在350℃的硒化温度及40 min的硒化时间下所得薄膜的微观形貌上和相结构上品质均属最佳,因此薄膜光学带隙值最为理想。并对制得薄膜进行氢气退火热处理,比较其光学透过率和光学带隙在热处理前后的变化。薄膜经过氢气环境下的低温退火后,薄膜中SnSe2被部分还原为SnSe,导致透过率升高,光学带隙增大。结果表明不同硒化温度与时间的选择对调控薄膜光学带隙有一定影响作用,氢气退火热处理给薄膜光学带隙也带来一定的改变。
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