等效位移损伤剂量法预测GaInP2/GaAs/Ge 三结电池在轨性能退化规律

文章首先在辐照条件下测试GaInP2/GaAs/Ge三结太阳电池的光谱响应,确定了三结电池在轨道带电粒子辐照条件下的损伤特征。通过试验获得了在不同粒子辐照条件下电池电性能退化规律,由此确定了高能电子与质子辐照对三结电池损伤的等效参数,建立了三结电池最大输出功率随位移损伤剂量的退化方程。在此基础上,以地球同步轨道服役的太阳电池为例,计算了电池在轨等效位移损伤剂量,并对三结电池的在轨服役行为进行了评价。     

InGaAsP快速外延生长及其在太阳电池中的应用

四元InGaAsP混晶是一种理想的可用于窄禁带太阳电池制备的半导体材料。本文研究了InP衬底上InGaAsP材料在不同外延生长速度下的掺杂特性和晶体质量。通过电化学电容-电压测试法,实验发现高生长速率下InGaAsP材料的Zn掺杂的掺杂浓度与Ⅲ族源流量无关,而Si掺杂的掺杂浓度随Ⅲ族源流量增加而减少。通过瞬态荧光光谱测试方法,实验发现高生长速率下InGaAsP材料非辐射复合和界面复合占比减少,载流子输运效率得到了提升。最后,带隙组合为1.16 eV/0.88 eV的高生长速率InP基双结电池完成器件工艺后进行测试,其在AM0光照条件下开路电压为1 287 mV,平均电压损失为340 mV。     

双重效应γ射线核电池的制备与性能研究

为提升核电池的电学输出性能,提出了利用γ射线结合辐致伏特和辐致光伏两种能量转换机制制备核电池的思路。基于γ射线、AlGaInP半导体PN结和ZnS:Cu荧光材料,制备了四级辐致伏特效应核电池(FRVB)和四级辐致伏特/光伏双重效应核电池(FDEB),研究了不同厚度荧光层所组成的双重效应核电池的电学性能。在X射线辐照下,测试结果显示5种不同厚度荧光层组成的并联结构双重效应核电池的最大输出功率分别为57.26,77.03,116.31,132.85,150.86 nW,性能均优于四级辐致伏特效应核电池。利用蒙特卡罗粒子输运程序MCNP5,模拟计算了光子在四级双重效应核电池中的能量沉积,结果显示荧光层中沉积的能量很少,却显著提升了核电池的输出性能。研究表明:多级结构双重能量转化机制可有效提升核电池的电学性能,为提升核电池性能提供了一种新的研究思路。     

GaAs太阳电池空间质子辐射损伤的分子动力学研究

GaAs太阳电池在空间辐射条件下的性能衰减与电池内部微观结构紧密相关。文章针对空间辐射带质子辐照GaAs材料,利用分子动力学方法研究由被辐射材料中产生的不同能量(0.1~10 ke V)初级离位原子(PKA)引起的级联碰撞过程,分析缺陷随辐照时间、入射PKA能量的演化规律,探讨点缺陷和缺陷簇的形成特征。研究发现,在GaAs材料的缺陷对数目随时间的演化曲线中,在"离位峰"和稳定状态时,缺陷对数目与PKA能量呈一定的线性关系;PKA能量越高,辐射损伤越严重、越不易恢复,但缺陷复合率随能量升高趋于饱和;点缺陷在GaAs中主要以缺陷簇的方式存在,且随着能量的升高,孤立缺陷倾向于缔合成缺陷簇。     

AlGaN/GaN HEMT质子辐射效应研究进展

氮化镓（GaN）基异质结材料以其宽禁带、耐高温、高击穿电压以及优异的抗辐射性能成为航天领域半导体材料的研究和应用热点。而基于GaN材料的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）因其制备过程带来的缺陷和损伤,性能将受到空间辐射的严峻挑战。文章对空间辐射环境下AlGaN/GaN HEMT的辐射机理和效应进行梳理;针对低中地球轨道以质子为主的辐射环境,对不同能量和注量的质子辐照对AlGaN/GaN HEMT的效应进行系统分析。鉴于从压电极化角度分析AlGaN/GaN HEMT的质子辐射效应存在欠缺,且不同能量和注量的质子辐照对器件的影响不同,提出后续应开展AlGaN/GaN HEMT辐射损伤机制、不同轨道辐射环境模拟以及质子辐照对AlGaN/GaN HEMT宏观特性影响研究。     

AZO改性Y2O3-ZnO-Al2O3热控涂层性能分析

为解决铝合金表面液相等离子体电解氧化（PEO）涂层（Y₂O₃-ZnO-Al₂O₃）导电性差而导致的静电效应,对其进行表面改性处理。采用原子层沉积（ALD）技术在铝合金表面PEO涂层原位沉积铝掺杂氧化锌（AZO）导电薄膜以提高PEO涂层的导电性。对AZO改性PEO涂层的相组成和表面微观结构进行分析;对不同沉积温度下所得复合涂层的电阻率、载流子浓度和迁移率,以及沉积前后的热控性能、耐腐蚀性进行测量分析。结果表明:AZO导电薄膜均质连续致密地沉积在PEO涂层表面;当沉积温度为150 ℃时,AZO@Y₂O₃-ZnO-Al₂O₃复合涂层的电阻率为1.15×10-4 Ω·cm,载流子浓度为1.8×1020 cm-3,太阳吸收比为0.409,发射率为0.892,且抗电化学腐蚀性能良好,能够满足航天器热控涂层在空间环境应用的技术要求。     

三结太阳电池高能电子损伤模拟及仿真分析

利用wx AMPS软件构建了高效Ga In P/Ga As/Ge太阳电池的中电池模型,并对电池抗辐照性能进行模拟研究。模拟发现,当辐照缺陷密度较小时,缺陷对中电池的电性能影响较小;当缺陷密度较大时,电性能的下降与电子注量值的对数成正比。计算电池的I-V和量子效率谱(QE曲线)可知,电池电性能的下降直接对应于量子效率的下降、饱和暗电流的增强以及并联电阻的衰降。模拟结果与试验结果的对比显示,在各子电池均匀损伤的假定下,1 Me V电子辐照的缺陷引入率约为0.81。     

燃烧室内燃烧模型对尾焰流场及其辐射的影响

基于压力隐式算子分裂(PISO)算法,通过求解Navier-Stokes方程,对燃烧室内一步反应和两步反应模型、无燃烧室三种情形下尾焰流场进行了数值仿真;采用结构和非结构网格并分别用TTM方法和Delaunay三角形方法来生成;利用高温气体高分辨率光谱参数数据库HITEMP对辐射传输方程进行求解,得到三种情形下尾焰中CO2和H2O的光谱辐射亮度分布。仿真结果表明:不同的燃烧模型影响尾焰流场及其辐射,无燃烧室时尾焰辐射较弱。     

表面势垒与表面能级的关系和实验探究

对半导体表面势垒与表面能级的关系进行了理论研究。用薛定谔方程和矩阵理论推导出表面电子波函数能量的本征方程,给出表面势垒与表面能级间的非线性关系。用计算机给出了不同表面势垒下表面能级解集的模拟曲线。模拟结果表明:不同的表面势垒,表面能级的数量和对应的分布不同,表面势能较低时,表面能级及对应的表面态主要集中于低能量区;表面势能较高时,表面能级或表面态均匀分布于较大的能量范围。实验探测了不同绒面的半导体光生载流子寿命,发现绒面结构不同的半导体光生载流子寿命不同;为提高光电器件的转换效率,应避免绒面上出现尖锐的微结构,尽量使尖锐处适度钝化。理论研究和相关的物理解释对提高半导体器件光电转换效率有一定的参考意义。     

高效四结砷化镓太阳电池设计与在轨性能分析

对一种新型反向生长工艺四结砷化镓太阳电池(IMM四结电池)开展了设计和在轨性能试验分析。该电池所用半导体材料的禁带宽度分别为1.9、1.4、1.0、0.7 eV,材料特性的变化改善了4个P-N结与AM0太阳光谱的匹配关系。文章介绍了该电池在提高光电转换效率方面的结构和工艺设计,通过实施在轨真实应用环境试验,全面系统获取四结砷化镓太阳电池在轨运行期间的遥测数据并进行分析处理,结果显示电池开路电压3.321 V,短路电流密度15.76 mA/cm2,实际在轨转换效率在34.44%～34.79%之间,各项关键性能指标相较于三结砷化镓太阳电池有大幅度提高。     

月尘累积对太阳电池阵电帘除尘效率影响的实验研究

月尘在月球探测器太阳电池阵表面的累积将会导致其输出功率下降甚至功能失效。近年来,电帘除尘方法被认为是月尘清除防护的有效手段。文章实验研究了月尘累积对三结砷化镓太阳电池性能影响,拟合得到了月尘累积质量与太阳电池相对输出功率的数学模型;利用电帘除尘装置,研究了不同月尘累积质量下电帘的除尘效率。研究结果表明,6 mg/cm2月尘累积质量是太阳电池阵电帘除尘装置启动的最佳工作条件。该研究成果可为开发具有自适应除尘能力的太阳电池阵提供技术支持。     

InxGa1-xAs材料在多结空间太阳电池中的应用进展

In_xGa_(1-x)As材料具有独特的物理特性,可以通过调节In和Ga的组分来改变材料的带隙宽度Eg。该材料自进入多结空间太阳电池领域以来,就受到了广泛的关注。因此,In_xGa_(1-x)As材料有望成为未来多结空间太阳电池领域中的重要研究对象。本文首先介绍了InGaAs材料的生长工艺及其在多结空间太阳电池领域中的应用情况和研究现状,同时讨论了材料的外延生长工艺以获得高质量含InGaAs材料的多结太阳电池。此外,介绍了近年来InGaAs材料在高效多结空间太阳电池领域的研究进展,并对其抗辐照性能进行了简述。大量研究表明:InGaAs材料的使用可以进一步提升多结空间太阳电池的光电转换效率,达到提升卫星有效载荷的目的。     

Orbit design for future SpaceChip swarm missions in a planetary atmosphere

The effect of solar radiation pressure and atmospheric drag on the orbital dynamics of satellites-on-a-chip (SpaceChips) is exploited to design equatorial long-lived orbits about the oblate Earth. The orbit energy gain due to asymmetric solar radiation pressure, considering the Earth's shadow, is used to balance the energy loss due to atmospheric drag. Future missions for a swarm of SpaceChips are proposed, where a number of small devices are released from a conventional spacecraft to perform spatially distributed measurements of the conditions in the ionosphere and exosphere. It is shown that the orbit lifetime can be extended and indeed selected through solar radiation pressure and the end-of-life re-entry of the swarm can be ensured, by exploiting atmospheric drag.     

折叠状航天器太阳电池阵在轨热分析(Ⅰ)——计算模型

将太阳电池板蜂窝芯子、面板和硅电池片中发生的辐射－传导复合传热过程等效为一个无内热源的三维瞬态热传导问题。根据电池板的材料、尺寸及结构形态导出太阳电池板的三维等效导热系数。针对任意两相邻电池板表面间的热辐射交换规律，构造适用于这表面内节点温度的离散方程系数。研究折叠状态太阳电池阵边界节点的热特点时，仔细考虑了地球红外辐照、地球的太阳反照、太阳辐射加热、航天器舱体几何遮挡、深冷环境散热、飞行轨道高度及航天器在太阳－地球系中不同位置等造成的影响。利用本文给出的方程，可以求出展开前在轨折叠状太阳电池阵三瞬态不稳定温度场。     

天宫一号目标飞行器电源分系统设计

介绍了天宫一号（TG1）目标飞行器电源分系统的组成和主要技术指标。分析了国内在低轨飞行器上采用100V高压母线、大批量使用国产氢镍电池、三结砷化镓太阳电池片和半刚性基板等关键技术。回顾了电源分系统研制过程中高电压元器件体系建立、半刚性帆板力学及空间环境设计与验证、氢镍电池在轨寿命和可靠性研究,以及高压电源系统可靠性及安...     

基于P3HT空穴传输层的碳基无机CsPbIBr2钙钛矿太阳电池

钙钛矿太阳电池是近年来快速兴起的第三代太阳电池,其中热稳定性优异、成本低、带隙超过2.0 eV的CsPbIBr_2无机钙钛矿太阳电池效率已经突破11%,应用前景广阔。目前,大部分研究都集中在无空穴传输层的碳基CsPbIBr_2钙钛矿太阳电池,较低的开路电压和填充因子是限制效率提升的主要原因。本文将溶液法制备的3-己基聚噻吩(P3HT)空穴传输层应用于CsPbIBr_2钙钛矿太阳电池,提高了内建电势,改善了载流子输运,减少了载流子复合,实现了电池开路电压、填充因子的改善和能量转换效率的提升,丰富了CsPbIBr_2钙钛矿太阳电池的载流子输运机理和效率提升途径,具有一定的推广意义。     

典型卫星轨道的位移损伤剂量计算与分析

位移损伤剂量是评估电子元器件在轨发生位移损伤导致性能退化的重要参数。文章首先给出了位移损伤剂量的等效原理和计算方法,即用位移损伤等效注量来表征卫星轨道带电粒子导致的位移损伤剂量;之后分别采用3种不同的太阳质子注量模型,计算了典型大椭圆轨道的位移损伤等效注量,并结合计算结果对不同模型的特点和适用性进行了分析;其后针对4种典型卫星轨道,计算了不同飞行寿命期内的位移损伤等效注量,发现不同轨道的位移损伤剂量有较大差异,并结合空间带电粒子辐射环境分布特点及卫星轨道参数等分析了差异的产生原因;最后,分析不同的太阳质子注量预估方法对位移损伤剂量计算结果的影响,总结了不同轨道、不同飞行寿命情况下卫星经受的带电粒子辐射环境的严酷程度。研究结果可为卫星内部元器件位移损伤效应防护工作提供参考。