Radiation degradation modeling of triple-junction space solar cells

宇宙用三接合太陽電池の放射線劣化モデリング

佐藤 真一郎; 今泉 充*; 大島 武

Sato, Shinichiro; Imaizumi, Mitsuru*; Oshima, Takeshi

宇宙用太陽電池の主流である三接合太陽電池の放射線劣化モデリングを構築し、その妥当性について検証した。陽子線あるいは電子線を照射して劣化した三接合太陽電池の量子効率をフィッティングし、このフィッティングより得られた物性パラメータを用いて、短絡電流及び開放電圧を計算して実験値と比較した。その結果、両者は非常に良い一致を示し、本モデリングの妥当性を証明できた。また、このモデルにおいては、ベース層キャリア濃度の減少の程度を示すキャリア枯渇係数、及び少数キャリア拡散長の減少の程度を示す損傷係数を放射線照射劣化の指標としたが、これらを非イオン化損失(NIEL: Non-Ionizing Energy Loss)によってスケーリングすると、系統的な相関性を持つことがわかった。これは、曝露される放射線ごとの各サブセルの劣化度(と)を見積もり、それらを用いて電気特性をシミュレートすれば、実宇宙空間における三接合太陽電池の寿命予測が可能であることを示唆している。

Degradation modeling of triple junction (3J) solar cell due to proton and electron irradiation is performed with the use of a one dimensional optical device simulator. By fitting external quantum efficiencies of the 3J solar cells degraded by proton or electron irradiation, the short circuit current (Isc) and open circuit voltage (Voc) are simulated. These simulated values are in good accordance with the experimental data. In this modeling, carrier removal rate of base layer () and the damage coefficient of minority carrier diffusion length () in each sub cell are considered as radiation degradation parameters. NIEL (Non Ionizing Energy Loss) analysis for both radiation degradation parameters is discussed. The radiation degradation of a 3J solar cell can be predicted from correlativity between NIEL and radiation degradation parameters.