[發(fā)明專利]一種太陽能電池輻照損傷的模擬計(jì)算方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210768583.7
• 申請(qǐng)日: 2022-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN115169103A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李興冀;應(yīng)濤;張彬;楊劍群;李偉奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 北京隆源天恒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11473
• 代理人: 尹澤民

本發(fā)明提供一種太陽能電池輻照損傷的模擬計(jì)算方法，包括：測(cè)量太陽能電池的厚度，并確認(rèn)其材料屬性；構(gòu)建所述太陽能電池的結(jié)構(gòu)模型，將所述結(jié)構(gòu)模型簡(jiǎn)化為具有若干個(gè)平行平板的層狀結(jié)構(gòu)；通過蒙特卡羅方法，使用空間輻照粒子照射所述結(jié)構(gòu)模型，并通過積分計(jì)算所述層狀結(jié)構(gòu)中每層的位移吸收能量。本發(fā)明提供的太陽能電池輻照損傷的模擬計(jì)算方法能夠快速評(píng)價(jià)太陽能電池在受到空間輻照粒子輻照后的位移損傷情況，相對(duì)于空間實(shí)驗(yàn)顯著降低了實(shí)驗(yàn)成本，為輻照效應(yīng)損傷機(jī)理分析及器件在軌性能退化預(yù)測(cè)提供依據(jù)，且能夠計(jì)算傳統(tǒng)方法無法計(jì)算的中子和光子等輻照粒子。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間環(huán)境效應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種太陽能電池輻照損傷的模擬計(jì)算方法。

背景技術(shù)

航天器在軌飛行過程中需要電力供給來維持其姿態(tài)的正常運(yùn)行，以及設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。航天器的電源供給往往來源于太陽能電池，而太陽能電池往往是由半導(dǎo)體材料構(gòu)成。由于航天器中太陽能電池的在復(fù)雜的空間環(huán)境中運(yùn)行，容易受到輻射粒子的影響，當(dāng)太陽能電池工作時(shí)會(huì)與高能帶電粒子相互作用，從而產(chǎn)生電離或者位移損傷，導(dǎo)致太陽能電池中載流子的壽命的減小，影響太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，使航天器在軌工作時(shí)間縮短。

隨著航天器空間飛行任務(wù)需求的不斷提高，航天器需要消耗更多的能源，因此航天器上的太陽能電池需要具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率和更長(zhǎng)的壽命。為了達(dá)到太陽能電池具有更高光電轉(zhuǎn)換效率和更長(zhǎng)壽命的目的，對(duì)太陽能電池器件的輻射效應(yīng)和損傷機(jī)理的研究十分必要。

而太陽能電池，例如GaInP/GaAs雙節(jié)能電池性能的退化主要是由電池基區(qū)產(chǎn)生的位移損傷造成的，且位移損傷能夠通過位移吸收劑量進(jìn)行表示。空間中輻射粒子在與太陽能電池相互作用時(shí)，太陽能電池的不同深度能夠表現(xiàn)出不同的位移吸收劑量。因此，亟需一種對(duì)太陽能電池不同深度的位移吸收劑量進(jìn)行快速計(jì)算的方法，用于評(píng)價(jià)太陽能電池的位移損傷情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是如何提供一種步驟簡(jiǎn)單，效率較高的太陽能電池輻照損傷的模擬計(jì)算方法，用于快速評(píng)價(jià)太陽能電池的位移損傷情況。

為解決上述問題中的至少一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種太陽能電池輻照損傷的模擬計(jì)算方法，包括以下步驟：

步驟S1、測(cè)量太陽能電池的厚度，并確認(rèn)其材料屬性；

步驟S2、構(gòu)建所述太陽能電池的結(jié)構(gòu)模型，將所述結(jié)構(gòu)模型簡(jiǎn)化為具有若干個(gè)平行平板的層狀結(jié)構(gòu)；

步驟S3、通過蒙特卡羅方法，使用空間輻照粒子照射所述結(jié)構(gòu)模型，并通過積分計(jì)算所述層狀結(jié)構(gòu)中每層的位移吸收能量。

優(yōu)選地，所述步驟S1中，所述太陽能電池的材料屬性包括Si、GaAs或InP。

優(yōu)選地，所述步驟S2中，將所述結(jié)構(gòu)模型簡(jiǎn)化為具有1-100個(gè)平行平板的層狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述步驟S3中，在Geant4環(huán)境中，通過蒙特卡羅方法，使用空間輻照粒子照射所述結(jié)構(gòu)模型，并通過積分計(jì)算所述層狀結(jié)構(gòu)中每層的位移吸收劑量。

優(yōu)選地，所述步驟S3中，所述空間輻照粒子包括質(zhì)子、電子、中子或光子。

優(yōu)選地，所述質(zhì)子的能量為1-100MeV。

優(yōu)選地，所述電子的能量為1-100MeV。

優(yōu)選地，所述步驟S3中，通過對(duì)一定長(zhǎng)度上阻止本領(lǐng)進(jìn)行積分計(jì)算，得到所述空間輻照粒子在該路徑上損失的能量。

優(yōu)選地，在所述步驟S3之后還包括：

步驟S4、分析經(jīng)過所述空間輻照粒子照射后的所述結(jié)構(gòu)模型產(chǎn)生的位移吸收劑量隨深度變化的趨勢(shì)。