リチウム太陽電池

太陽電池の耐放射線性を向上させるために、リチウムドープ太陽電池を作製することができる。この種のバッテリーは照射後に自然に回復するので、目を引くものです。リチウムはシリコン中でより高い移動度を有する。それはベース領域に入り、照射によって引き起こされる欠陥と反応することができ、それによって照射が生命に及ぼす影響を低減することができる。

太陽電池は現在、主に人工衛星や宇宙船に使用されています。宇宙空間の高エネルギー粒子(電子、陽子、ガンマ粒子など)は半導体に欠陥を生じさせ、太陽電池の出力電力を低下させます。そのため、太陽電池の耐用年数は事前に推定しなければならない。バッテリーの耐用年数とは、人工衛星の通常動作に必要な電力を発電できる時間を指します。

太陽電池の性能に及ぼす照射の影響

粒子照射によって格子原子に伝達されるエネルギーが一定の閾値(シリコンの場合、この値は13電子ボルト)を超えると、格子原子が変位し、フランケル欠陥対が生成される。ケイ素原子との衝突でこのようなエネルギーを伝達するには、入射電子は145キロ電子ボルトのエネルギーを持っていなければならないが、より重い入射陽子は98eVを必要とし、粒子は30eVしか必要としない。これらの欠陥は、半導体の表面再結合、導電性および寿命の変化を引き起こす。多くの研究により、生命パラメータが放射線欠陥に対して最も敏感であることが示されています。他のパラメータが重要な変更を受ける前に、寿命の変化はデバイスの故障を引き起こすのに十分です。

太陽電池の耐放射線性を向上させる方法

N/P電池はP/N電池よりも耐放射線性が高いため、1964年以来、地球の放射線帯を周回するほとんどの航空機でN/P電池が使用されてきました。N/P電池のベースエリアに適量の銅をドープすると、耐放射線性が向上することが指摘されています。照射により生成した銅空孔複合体は、銅を含まない電池の再結合中心よりも再結合プロセスへの影響が小さい。

同時に、P/N電池の耐放射線性については、さまざまな側面から研究が行われています。過度な設計、すなわち多数の電池を組み立て、出力電力を必要値以上に高め、厚いカバーガラスを使用して耐放射線能力を向上させることは、問題を根本的に解決することができませんでした。現在、以下の4つの方法が検討され、徐々に使用されています。

第1の方法は、電池使用時の熱アニールである。電子線照射によるダメージはこの方法で除去できることが報告されており、陽子照射によるダメージについては、アニール後のダメージの解消は電子線ダメージの解消ほど完全ではありません。この方法の欠点は、アニール装置の追加が設計を複雑にすることである。第2の方法は、電池のベース領域に不純物濃度勾配を導入してドリフト電界を形成し、照射後に寿命を縮めた少数キャリアが拡散とドリフトの二重の影響によりPN接合に到達できるようにすることである。第3の方法は、アルミニウム、ガリウム、インジウム、鉄、銅などのP型不純物をベース領域にドープすることである。第4の方法は、リチウムドープ太陽電池を作ることである。この種のバッテリーは照射後に自然に回復するので、目を引くものです。リチウムはシリコン中でより高い移動度を有する。それはベース領域に入り、照射によって引き起こされる欠陥と反応することができ、それによって照射が生命に及ぼす影響を低減することができる。

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