ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Солнечные элементы из "Влияние облучения на материалы и элементы электронных схем " Много опытов было проведено с целью оценки работоспособности солнечных элементов, облученных электронами или протонами высоких энергий или и теми и другими вместе, как это имеет место в радиационных поясах Ван Аллена. В этих исследованиях подняты интересные вопросы, касающиеся природы радиационных нарушений и их влияния на работу солнечных элементов. Излучение в области поясов Ван Аллена может представлять реальную угрозу для полупроводниковых приборов в случае их работы в этой части космического пространства. Поэтому в некоторых лабораториях были проведены исследования влияния излучения на полупроводниковые приборы, в большинстве случаев на кремниевые солнечные элементы. Чтобы оценить опасность повреждений и наметить пути их предотвращения, облучение проводили в условиях разной интенсивности и энергии протонов и электронов. Большинство испытаний солнечных элементов проведено в приблизительно одинаковых условиях, что дает возможность сравнить полученные результаты. [c.307] Величина представляет собой интегральный поток, необходимый для снижения к. п. д. солнечных элементов на 25%. В некоторых случаях, когда к. п. д. не определяли, в качестве приближения к Фс принимали поток, при котором ток короткого замыкания уменьшался на 25%. Ошибка, вытекающая из этого приближения, невелика по сравнению с большим разбросом величин Ф , определявшихся по снижению к. п. д. К. п. д. солнечных элементов составляет 9—13%. Более низкие к. п. д. наблюдали при использовании бессеточных конструкций солнечных элементов. Большинство рассматриваемых элементов состоит из тонкого слоя р-типа (толщиной 1—2 мкм) на базе и-типа. Подобного рода устройства будем обозначать символом рп. Вертикальные отрезки на рис. 6.13 определяют разброс результатов, связанный не столько с качеством проведенных исследований на отдельном элементе, сколько с усреднением по нескольким элементам. Пунктирная линия показывает предполагаемый характер спада Ф , при высоких энергиях протонов. [c.307] Трудно оценить заранее энергию, при которой эти явления начинают проявляться, так как она определяется числом нарушений, вызванных осколками. Результаты Смолуховского показывают, что у щелочногалоидных материалов эффект скалывания незначителен при энергиях порядка 100 Мэе и выгпе. В работах [16, 23] обнаружено, что в кремнии эффект скалывания появляется только в случае, если энергия значительно превышает 100 Мэе. Возможно, что при комнатной температуре в кремнии области с большой плотностью нарушений, образованные осколками, частично отжигаются. Для подсчета срока годности солнечного элемента в нижнем поясе Ван Аллена влияние эффекта скалывания может оказаться незначительным, поскольку хотя Фе при 740 Мэе больше или почти равен Фе при 40 Мэе, поток частиц с энергией 740 Мэе, вероятно, на два порядка меньше потока частиц с энергией 40 Мэе [26]. [c.308] Большие колебания Фд (см. рис. 6.13) нельзя объяснить только экспериментальными ошибками, особенно в тех случаях, когда в одной и той же лаборатории для группы солнечных элементов, которые перед облучением были, по-видимому, одинаковыми, обнаружены изменения Фе, отличающиеся более чем на порядок. Отсюда следует, что Фе зависит не только от скорости образования повреждений в процессе облучения, но также и от других, еще недостаточно изученных, параметров солнечных элементов. Эти отклонения не являются результатом различий в первоначальной величине времени жизни неосновных носителей или различных к. п. д., поскольку расчет постоянной нарушений Id (1/т) йФ] дал аналогичные отклонения при обработке результатов облучения протонами с энергиями 8,3 и 19,0 Мэе [6]. Это указывает на то, что радиационная стойкость солнечных элементов может быть значительно повышена, если будут изучены все факторы, влияющие на Фе. Попытки улучшить радиационную стойкость кремниевых солнечных элементов уже дали обнадеживающие результаты, которые будут обсуждены позднее. [c.308] Облучение электронами вызывает качественно те же самые эффекты, что и облучение протонами различие только в скорости образования нарушений. Поэтому можно ожидать, что отношение величин ФсДЛЯ случаев облучения протонами и электронами будет равно обратному отношению теоретически вычисленных скоростей образования нарушений [69]. [c.308] Основная неопределенность расчетов обусловлена предположением о строго определенной пороговой энергии нарушений. Измерения этой энергии для кремния дают величину — 15 эв [53]. Но если предположение о строго определенной пороговой энергии неверно, то для кремния может оказаться подходящей большая величина пороговой энергии. [c.308] В работе [23] изучено влияние геометрии и исходных материалов на скорость ухудшения кремниевых солнечных элементов, облученных протонами с энергией 20,5 Мэе. [c.309] В табл. 6.9 приведены результаты исследований кремниевых элементов, полученных методом зонной плавки, при которой содержание кислорода в кремнии много меньше, чем в кремнии, полученном выплавкой в кварцевых тиглях. Необходимо проявлять осторожность при интерпретации величин, представленных в табл. 6.9, так как возможны большие отклонения значений Фс даже для элементов с примерно одинаковыми начальными параметрами. Тем не менее эти результаты довольно типичны для целого ряда элементов, облученных протонами. [c.309] Влияние различных факторов, перечисленных в табл. 6.9, может быть сведено к следуюш ему. [c.309] Особый интерес вызывают пункты 2 и 3. Улучшение элементов рп подтверждено работами нескольких лабораторий, причем влияние уменьшения концентрации кислорода (пункт 3) весьма заметно. [c.309] Не удивительно, что концентрация кислорода оказывает сильное влияние на радиационную чувствительность приборов, так как известно, что кислород взаимодействует с вакансиями, образуя рекомбинационный уровень (А-центр), расположенный примерно на 0,16 эв ниже дна зоны проводимости [77]. О влиянии А-центров или других примесно-вакансиоп-ных комплексов на радиационную стойкость приборов известно очень мало. Однако поскольку известно, что кремниевые вакансии подвижны при комнатной температуре и склонны к образованию комплексов с кислородом и фосфором [77, 78], то несомненно полезными и интересными были бы исследования влияния различных примесей на радиационную стойкость полупроводниковых приборов. Основные рекомбинационные уровни кремния и их свойства приведены в табл. 6.10. [c.310] Приведенные в таблице данные свидетельствуют о том, что рекомбинационные свойства, и в частности сечение рекомбинации, сильно зависят от типа дефектов, которые в свою очередь находятся в сильной зависимости от типа и количества примесей. [c.310] По сравнению с кремнием и германием арсенид галлия имеет некоторые преимущества, главное из которых связано с возможностью работы в условиях более высоких температур, а также с потенциально большей эффективностью преобразования солнечной энергии. [c.310] В предположении, что энергия протонов достаточна для прохождения через образец, можно ожидать, что облучение протонами вызывает преиму-ш ественно дефекты, аналогичные дефектам, создаваемым электронами. В этом случае можно вычислить отношение числа дефектов, вызываемых протономи с энергией 8,3 Мэе, к числу дефектов, образуемых электронами с энергией 0,8 Мэе [25, 63]. В предположении, что пороговая энергия смещений для GaAs равна 10 эе, вычисленное значение этого отношения равно 3000 [7], что находится в разумном согласии с табл. 6.11, из данных которой это отношение получается равным около 1100. [c.311] Вернуться к основной статье