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森岡 千晴*; 島崎 一紀*; 川北 史朗*; 今泉 充*; 山口 洋司*; 高本 達也*; 佐藤 真一郎; 大島 武; 中村 揚介*; 平子 敬一*; et al.
Progress in Photovoltaics; Research and Applications, 19(7), p.825 - 833, 2011/11
被引用回数：24 パーセンタイル：68.38(Energy & Fuels)The electrical performances of InGaP/GaAs dual-junction solar cells and CIGS solar cells in space have been demonstrated by JAXA's small satellite which flew in a low-earth orbit since January 2009. This flight demonstration is the first experiment for a thin-film III-V multi-junction solar cell in the world. Thin-film solar cells were laminated using transparent polymer film in place of conventional coverglass for protection of solar cell's surface. The film-laminated cells were observed for short-circuit current degradation. The ground tests indicated that the cause of the degradation was attributed to the film coloring by obliquely incident UV rays, not to space radiations (protons and electrons). This is because the lamination film has UV-reflective multilayer coating on its surface. The flight data and the predicted results were in reasonable agreement with each other. Thus, we could verify the validity of the ground tests and prediction methodology for film-laminated solar cell in this study.
今泉 充*; 森岡 千晴*; 住田 泰史*; 大島 武; 奥田 修一*
Proceedings of 37th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC-37) (CD-ROM), p.1579 - 1582, 2011/06
InGaP太陽電池及びInGaP/GaAs/Ge三接合太陽電池の低エネルギー電子線照射効果を調べた。今回はInGaP太陽電池中のGa及びInのはじき出しエネルギーのしきい値以下である300keVでの電子線照射を行った。電子線照射中に太陽電池の発電特性を測定する同時計測法により、これら太陽電池の照射による電気特性の変化を調べたところ、短絡電流は照射によって変化しないこと、開放電圧は照射量の増加とともに低下することが判明した。今回のエネルギーではPのはじき出しによる欠陥のみが生成されることから、短絡電流の低下の原因となる少数キャリアの拡散長はP由来の欠陥には影響されないと結論できる。また、表面再結合が増加することで開放電圧が低下することから、300keV電子線照射によって表面再結合が増加することも併せて判明した。
Elfiky, D.*; 山口 真史*; 佐々木 拓生*; 高本 達也*; 森岡 千晴*; 今泉 充*; 大島 武; 佐藤 真一郎; Elnawawy, M.*; Eldesoky, T.*; et al.
Japanese Journal of Applied Physics, 49(12), p.121201_1 - 121201_7, 2010/12
被引用回数：12 パーセンタイル：45.82(Physics, Applied)宇宙用三接合太陽電池の耐放射線性強化技術開発の一環として、InGaP/GaAs/Ge太陽電池におけるInGaPサブセルのベース層キャリア濃度と耐放射線性の関係について調べた。発生キャリアの拡散長やベース層キャリア濃度をパラメータとしたシミュレーション解析を行った結果、低キャリア濃度のInGaPセルの方がより耐放射線性が高いことが導かれ、高崎量子応用研究所TIARAで行った陽子線照射実験の結果をよく再現することができた。また、低エネルギー(30keV)陽子線照射による少数キャリア拡散長の損傷係数及びキャリア枯渇係数は初期キャリア濃度には依存しなかったことから、耐放射線性の違いは発生電荷の収集を担う空乏層の長さや電界強度の影響、不純物に関連する複合欠陥に起因しているという可能性が示唆された。
Elfiky, D.*; 山口 真史*; 佐々木 拓生*; 高本 達也*; 森岡 千晴*; 今泉 充*; 大島 武; 佐藤 真一郎; Elnawawy, M.*; Eldesoky, T.*; et al.
Japanese Journal of Applied Physics, 49(12), p.121202_1 - 121202_5, 2010/12
被引用回数：7 パーセンタイル：31.03(Physics, Applied)宇宙用三接合太陽電池のミドルセルであるGaAsサブセルの耐性強化研究の一環として、高崎量子応用研究所TIARAにおいてGaAs太陽電池の200keV陽子線照射実験を行い、ベース層キャリア濃度が低い方が耐放射線性が高くなるということを明らかにした。また、放射再結合寿命と少数キャリア寿命の損傷係数をパラメータとするGaAs太陽電池の放射線照射劣化モデルを構築し、ベース層キャリア濃度の異なるGaAs太陽電池の耐放射線性がどのように変化するかを数値解析した。その結果、TIARAにおける実験結果をよく再現でき、今回構築した劣化モデルの妥当性を示すことができた。
大島 武; 佐藤 真一郎; 森岡 千晴*; 今泉 充*; 菅谷 武芳*; 仁木 栄*
Proceedings of 35th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC-35) (CD-ROM), p.002594 - 002598, 2010/06
被引用回数：3 パーセンタイル：78.38(Energy & Fuels)量子ドット(QD)太陽電池は次世代の超高効率太陽電池として期待されるが、これまで照射効果に関する報告がなく、宇宙応用の可能性が不明である。そこで、1MeV電子線をQD太陽電池へ照射し、発電特性の変化を調べた。本研究では、分子ビームエピタキシャル(MBE)法によりGaAs基板上に作製したPIN構造InGaAs QD太陽電池を用いた。QDを30層積層させた太陽電池の初期の変換効率は、7.0%(表面反射防止膜なし、AM1.5, 25
C)である。室温にて1MeV電子線を1
10
/cm
照射し、照射前後での量子効率を測定した。比較のためQD構造を持たない単接合のGaAs太陽電池への照射も併せて行った。その結果、QD太陽電池,単接合GaAs太陽電池ともに照射により発電特性の低下が見られたが、QD構造に特有な長波長側での量子効率の増加に関しては電子線照射によっても減少は見られないことが判明した。従来の太陽電池では照射による少数キャリアの拡散長低下が原因で、長波長側の量子効率が顕著に減少して発電特性が低下するが、今回QD太陽電池で、長波長側の量子効率に減少が見られなかったことは、QD太陽電池が優れた耐放射線性を示すことを示し、宇宙用としての応用が期待できる結果といえる。
Elfiky, D.*; 山口 真史*; 佐々木 拓生*; 高本 達也*; 森岡 千晴*; 今泉 充*; 大島 武; 佐藤 真一郎; Elnawawy, M.*; Eldesuky, T.*; et al.
Proceedings of 35th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC-35) (CD-ROM), p.002528 - 002532, 2010/06
被引用回数：6 パーセンタイル：87.7(Energy & Fuels)Ge基板上に作成したGaAs太陽電池にさまざまなエネルギーの陽子線を照射し、発電特性の劣化を調べるとともに、放射線損傷の陽子線エネルギー依存性をデバイスシミュレータを用いて検討した。その結果、開放電圧の劣化は50keVの陽子線照射で最も大きく、9.5MeVで最も小さいことが明らかとなった。デバイスシミュレータによる解析の結果、太陽電池の損傷領域が陽子線のエネルギーによって異なり、低エネルギーでは太陽電池のpn接合付近に大きな損傷を形成するために劣化も大きくなるということがわかった。
佐藤 真一郎; 宮本 晴基*; 今泉 充*; 島崎 一紀*; 森岡 千晴*; 河野 勝泰*; 大島 武
Solar Energy Materials and Solar Cells, 93(6-7), p.768 - 773, 2009/06
被引用回数：75 パーセンタイル：90.65(Energy & Fuels)宇宙用のInGaP/GaAs/Ge三接合太陽電池の陽子線照射による劣化を1次元光デバイスシミュレータPC1Dを用いてモデル化した。30keV, 150keV, 3MeV, 10MeVの陽子線を照射した三接合太陽電池の外部量子効率から短絡電流及び開放電圧の劣化量を見積もるとともに、少数キャリア拡散長の損傷係数及びベース層キャリア濃度のキャリア枯渇係数を求めた。この計算によって求められた短絡電流及び開放電圧の劣化量は実験結果を5%以内の精度で再現したことから、今回提案した放射線劣化モデリングが三接合太陽電池の寿命予測に有効であることが証明できた。
森岡 千晴*; 今泉 充*; 佐藤 真一郎; 大島 武; 岐部 公一*
Proceedings of the 8th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-8), p.215 - 218, 2008/12
宇宙用三接合太陽電池のトップセルである(Al)InGaP太陽電池の放射線耐性について調べた。GaAs基板上にエピタキシャル成長させたAlInGaPの膜厚は1
mで固定し、アルミニウムの組成比とベース層キャリア濃度を変えた試料(セル)を作製し、3MeV陽子線を110
/cm照射した。その結果、短絡電流と開放電圧の保存率は組成式がAl
In
Ga
Pの場合とInGaPの場合のセルとの間に違いが見られなかった。また、ベース層のキャリア濃度に勾配をつけても耐放射線性に変化がなかったことから、(Al)InGaP太陽電池の放射線劣化は少数キャリア拡散長の減少に強く起因するものではないことが推測された。
佐藤 真一郎; 宮本 晴基; 今泉 充*; 島崎 一紀*; 森岡 千晴*; 河野 勝泰*; 大島 武
Proceedings of 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC-33) (CD-ROM), 5 Pages, 2008/00
InGaP/GaAs/Ge三接合太陽電池の放射線劣化モデル構築のために、50keV
10MeVの幅広いエネルギー範囲のプロトンを照射することで劣化させた三接合太陽電池の外部量子効率のシミュレーションを、1次元光デバイスシミュレータPC1Dを用いて行った。その結果、短絡電流及び開放電圧を実験結果と比較して5%以内の精度で再現することができ、このモデリングの妥当性を確認することができた。さらに、各サブセルにおけるベース層の多数キャリア濃度枯渇係数と少数キャリア拡散長の損傷係数を見積り、これらがNIELを指標として表現できることを見いだした。
佐藤 真一郎; 宮本 晴基; 今泉 充*; 島崎 一紀*; 森岡 千晴*; 河野 勝泰*; 大島 武
Proceedings of 17th International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-17) (CD-ROM), p.502 - 503, 2007/12
1次元光デバイスシミュレータ(PC1D)を用いて宇宙用InGaP/GaAs/Ge三接合太陽電池の寿命予測技術開発のため、放射線による電気特性劣化のモデリングを行った。30keV, 150keV, 3MeV及び10MeVの陽子線照射によっ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、短絡電流と開放電圧をシミュレートした。また、各サブセルにおいて少数キャリア拡散長の損傷係数及びベース層のキャリア除去係数を見積もった。その結果、シミュレーションによって得られた短絡電流と開放電圧は実験値と良い一致を示した。これらの結果より、本劣化モデリングの有効性が実証された。
宮本 晴基; 佐藤 真一郎; 大島 武; 森岡 千晴*; 今泉 充*; 河野 勝泰*
Proceedings of 17th International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-17) (CD-ROM), p.961 - 962, 2007/12
室温又は低温環境下で、InGaP及びSi太陽電池に10MeV陽子線を110cm
まで照射し、その電気特性の劣化を調べたところ、低温で照射した場合の開放電圧は、室温で照射した場合よりも高い保存率を示し、開放電圧についてはその逆の結果となった。また、照射後の開放電圧の温度係数は照射前に比べて大きくなったが、短絡電流の温度係数については照射前後で変化がなかった。1次元光デバイスシミュレータ(PC1D)を用いて解析を行ったところ、これら電気特性の劣化は少数キャリア拡散長の減少が主たる原因であることが判明した。
森岡 千晴*; 今泉 充*; 杉本 広紀*; 佐藤 真一郎; 大島 武; 田島 道夫*
Proceedings of 17th International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-17) (CD-ROM), p.504 - 505, 2007/12
実宇宙の超高効率太陽電池開発の一環として、(Al)InGaP太陽電池の放射線耐性について調べた。ベース層の厚さは1mで統一し、アルミの組成比及びベース層におけるキャリア濃度を変化させたセルを作製し、3MeV陽子線を110cmまで照射した。その結果、短絡電流及び開放電圧の保存率は、組成がAlInGaPのセルとInGaPのセルの間で有意な差がみられなかったことから、AlInGaPセルについてはベース層キャリア濃度に勾配をつけた構造は放射線耐性に有効ではないことがわかった。
島崎 一紀*; 今泉 充*; 川北 史朗*; 森岡 千晴*; 大島 武; 伊藤 久義; 岐部 公一*
JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 5, 2007/02
次世代の宇宙応用が期待されるアモルファス(a-Si)/アモルファスシリコンゲルマ(a-SiGe)のタンデム太陽電池に50keV3MeV陽子線を照射し発電特性の変化を調べた。陽子線照射により発電特性が減少することが観測された。短絡電流(I
)の劣化とNon Ionizing Energy Loss(NIEL)に基づく弾き出し損傷量(Dd)の関係を求めたところ、陽子線のエネルギーによらず単一の関係となることが見いだされ、a-Si/a-SiGe太陽電池においても従来の結晶太陽電池と同様にDdが劣化量を決める重要な指標となることが判明した。また、照射後130Cでの熱処理を行ったところ発電特性の回復が観測され、6時間の熱処理により特性が未照射値まで回復することが判明した。
大島 武; 宮本 晴基; 今泉 充*; 森岡 千晴*; 川北 史朗*; 島崎 一紀*; 岐部 公一*; 河野 勝泰*; 伊藤 久義
JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 6, 2007/02
宇宙用太陽電池の主流となりつつあるInGaP/GaAs/Ge三接合(3J)太陽電池へ50keV及び10MeV陽子線を照射して発電特性を劣化させた後、室温にて0.030.25A/cmの範囲で電流注入を行った。その結果、電流注入量時間の増加とともに短絡電流が回復すること,短絡電流の回復量と注入した電流量(電荷)の関係は10MeV陽子線照射した3J太陽電池も50keV陽子線照射したのも同様な関係があることが見いだされた。さらに、電流注入による回復の振る舞いから欠陥のアニール率を求めたところ10MeVも50keV陽子線照射したものも同様の値であることが見積もられた。このことより、特性回復に寄与する欠陥の種類は10MeV, 50keV陽子線照射試料ともに同じものであることが示唆された。
佐藤 真一郎; 宮本 晴基; 大島 武; 今泉 充*; 森岡 千晴*; 河野 勝泰*; 伊藤 久義
Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.161 - 164, 2006/10
陽子線を照射したIII-V族半導体太陽電池の電流注入による特性回復を調べた。InGaP/GaAs/Ge三接合太陽電池に50keV又は10MeVの陽子線をそれぞれ110
及び110
ions/cmまで室温で照射したのちに同じく室温で電流注入を行い、それらの電気特性の回復を調べた。その結果、三接合太陽電池の短絡電流は回復が見られなかったが、開放電圧が回復した。また、50keV陽子線を照射した試料は10MeV陽子線を照射した試料よりも大きな回復を示すことが判明した。
宮本 晴基; 佐藤 真一郎; 大島 武; 今泉 充*; 森岡 千晴*; 伊藤 久義; 河野 勝泰*
Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.189 - 191, 2006/10
宇宙用のInGaP/GaAs/Ge三接合太陽電池とSi太陽電池に1.0MeV, 0.8MeVの電子線を大気中にて照射(110
510/cm)する際に、照射窓と試料の間の距離を20から50cmと変化させ、そのときの電気特性劣化の差異を調べた。今回の試料条件では照射される電子線のエネルギーは大気及び試料窓材(Ti)により0.93から0.71MeVまで変化するが、電子線照射による三接合太陽電池の劣化に関しては、照射窓と試料の間の距離の違いによる差異は見られなかった。Si太陽電池については0.93MeVと0.87MeVの電子線照射については変化が見られなかったが、0.73MeVまで電子のエネルギーが減衰すると劣化の減少が見いだされた。
森岡 千晴*; 今泉 充*; 大島 武; 伊藤 久義; 岐部 公一*
Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.169 - 172, 2006/10
InGaPより優れた耐放射線性を有することから次期の宇宙用三接合太陽電池のトップセルに期待されているAlInGaP太陽電池の基板キャリア濃度や膜厚と耐放射線性の関係を調べた。有機金属化学気相成長(MOCVD)法によりGaAs基板上に作製した膜厚(5001500nm)やキャリア濃度(310
310
/cm
)の異なるAlInGaP太陽電池へ3MeV陽子線を照射し発電特性の劣化を調べた。その結果、膜厚によらず開放電圧(V
)の初期特性及び劣化量は同じであること、短絡電流(I)は膜厚が厚いものほど初期値が高いが110/cm照射後には膜厚によらず同じ値になることが見いだされた。一方、キャリア濃度が低いものほどIの初期特性は高く劣化が少ないこと、Vはキャリア濃度が高いものほど初期値は高いが、劣化も大きいことが判明した。以上の結果を総合的に判断することで、今回の範囲での最適な膜厚及びキャリア濃度は、それぞれ1250nm及び310/cmであると結論できた。
大島 武; 宮本 晴基; 今泉 充*; 森岡 千晴*; 川北 史朗*; 島崎 一紀*; 岐部 公一*; 河野 勝泰*; 伊藤 久義
Proceedings of 2006 IEEE 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC-4) (CD-ROM), p.1818 - 1821, 2006/05
次期の宇宙用太陽電池の主力である三接合(3J)太陽電池の劣化特性の電流注入による回復現象を明らかにするために、照射陽子線のエネルギーと劣化の回復特性の関係を調べた。試料にはInGaP/GaAs/Geの3J太陽電池を用い、室温にて50keV又は10MeVの陽子線を照射した。発電による電流注入効果を避けるために、照射中は暗状態、回路は開放状態とした。50keV陽子線では、1.210/cm照射により短絡電流(I)の保存率は81%となった。一方、10MeV陽子線の場合は、Iが80%となる照射量は50keVに比べ一桁多い3.010/cmであったが、このことは10MeV陽子線が3J太陽電池を通過するのに対し50keV陽子線が3J太陽電池のトップセルであるInGaPの接合付近に飛程を持つため損傷が大きいことによる。照射後、0.030.25A/cmで電流注入を行ったところ、劣化した特性は両方の3J太陽電池ともに同様の回復を示し、照射エネルギーの違いにより回復の大きさに差異はないことを見いだし、Iの回復量から欠陥のアニール率を見積もったところ、510
110
/sが決定された。
森岡 千晴*; 今泉 充*; 大島 武; 伊藤 久義; 岐部 公一*
Proceedings of 2006 IEEE 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC-4) (CD-ROM), p.1846 - 1849, 2006/05
宇宙用多接合太陽電池のさらなる高効率化に期待されているAlInGaPトップセルの耐放射線性に関する研究の一環として、AlInGaP太陽電池の放射線照射効果を調べた。試料にはGaAs基板上に化学気相成長法を用いて作製したキャリア濃度の異なるAlInGaP太陽電池(310310/cm)を用い、3MeV陽子線を室温にて110/cmまで照射した。初期特性に関しては、短絡電流(I)はキャリア濃度が低い試料ほど大きく、開放電圧(V)はキャリア濃度が高いものほど大きな値を示した。3MeV陽子線を照射したところ、Iはどのキャリア濃度の試料も同様に劣化するが、Vはキャリア濃度が高い試料ほど劣化が大きいことが判明した。このことから、宇宙用太陽電池のトップセルとしてはキャリア濃度の低い方が耐久性が高いと判断できる。
宮本 晴基; 大島 武; 伊藤 久義; 今泉 充*; 森岡 千晴*; 川北 史朗*; 島崎 一紀*; 岐部 公一*; 河野 勝泰*
no journal, ,
InGaP/(In)GaAs/Ge3接合(3J)太陽電池の放射線劣化モデル構築を目的に、InGaPトップセルの劣化特性が電流注入により回復する現象を熱アニール効果を抑制できる低温で評価した。まず、宇宙用の3J太陽電池に対し、210Kにて10MeV陽子線を310/cm照射することで短絡電流(I)を照射前の94%まで低下させた。その後、温度を保ったまま、暗状態にて外部電流源を用いた順方向電流注入(0.25A/cm)を行い特性の変化を調べた。その結果、電流注入時間の増加とともにIの回復が見られること,1000秒以上では回復が飽和傾向を示すことが明らかとなった。また、このIの飽和値は未照射の値に対して98%であった。このことは、電流注入により照射欠陥がアニールされ太陽電池出力特性の回復が見られるが、一部にはアニールされない種類の欠陥も存在することを示唆する結果といえる。さらに、回復量と電流注入時間の関係より欠陥アニール率を見積もったところ、0.0050.01程度が妥当であることが見いだされた。
