Energy loss process analysis for radiation degradation and immediate recovery of amorphous silicon alloy solar cells

アモルファスシリコン太陽電池における放射線劣化のエネルギー損失過程を用いた解析と照射直後回復

佐藤 真一郎; Beernink, K.*; 大島 武

Sato, Shinichiro; Beernink, K.*; Oshima, Takeshi

薄膜安価な宇宙用太陽電池への応用が期待されているa-Si/a-SiGe/a-SiGe三接合太陽電池の放射線照射劣化機構について詳細に調べた。シリコンイオン, 電子線, 陽子線照射による電気特性劣化をその場電流・電圧測定システムを用いて調べたところ、照射直後から顕著な回復が生じること、またそれが放射線の種類や温度によらず発生することが分かった。これは実宇宙空間での劣化予測において重要な現象であり、短絡電流をパラメータとして用いることで、回復挙動の予測が可能であることを明らかにした。さらに、入射粒子のエネルギー損失過程(イオン化エネルギー損失(IEL)と非イオン化エネルギー損失(NIEL))と相対損傷因子を解析し、電子線照射劣化に対してはイオン化線量が、陽子線照射劣化に対してははじき出し損傷線量が支配的なパラメータになると結論付けた。これは、一般的にはNIELに起因する欠陥生成(損傷)はIELよりもはるかに大きいが、電子線の場合はIELに対するNIELの比が非常に小さく、NIELに起因する損傷が無視できるためである。一方、シリコンイオン照射による劣化は、放射線の線質効果の影響を考慮する必要があることが分かった。

Performance degradation and immediate recovery of a-Si/a-SiGe/a-SiGe triple-junction solar cells due to irradiation of silicon ions, electrons, and protons are investigated. Significant recovery is always observed independent of radiation species and temperature. It is shown that the characteristic time, which is obtained by analyzing the short-circuit current annealing behavior, is an important parameter for practical applications in space. In addition, the radiation degradation mechanism is discussed by analyzing the energy loss process of incident particles (ionizing energy loss: IEL, and non-ionizing energy loss: NIEL) and their relative damage factors. It is determined that ionizing dose is the primarily parameter for electron degradation whereas displacement damage dose is the primarily parameter for proton degradation. The impact of "radiation quality effect" has to be considered to understand the degradation due to Si ion irradiation.