基于正偏噪声的太阳能电池检测方法--理论研究

1.2 1/f噪声用于太阳能电池辐射损伤表征

1.2.1太阳能电池的辐射损伤机理

太阳能电池最早应用于空间技术。现在的太阳能电池大多作为持续洁净的动力来源应用于卫星和太空装置。太空应用及军用太阳能电池的工作环境中辐射的影响很大，太阳能电池由于辐射损伤其性能的退化将引起整体系统的可靠性的降低，甚至引起功能性失效。太阳能电池是n+-P型结构的pn结，其电流成分有两种成分，一部分是依赖于少子扩散机制的光电流成分，一部分是与少子扩散无关的复合电流成分，由于太阳能电池的电流都是由于少子的运动产生的，所以太阳能电池为少子器件。

辐射效应在太阳能电池的表面和体内产生了大量的复合中心，使少子寿命和扩散长度均降低，从而引起电流中光电流成分的降低，性能明显发生退化[49][50]。

另外辐射不仅在太阳能电池基区中引入少子复合中心，还引入补偿效应[51]，使多子浓度发生变化。多子浓度的变化与入射的辐射离子的种类和能量有关，这种补偿效应使得基区阻值增大[52]，输出能力降低。

2.2.2太阳能电池辐照实验在太阳能电池的辐射损伤实验中进行噪声参数的测试与分析，应用噪声对空间太阳能电池的质量和可靠性做出评估与预测。

图2.5给出了太阳能电池的辐照实验的噪声测试原理图，测试流程：1）电学测试：硅太阳能电池的I-V特性采集在0~0.6V之间，步长为0.02V；2）噪声测试：在暗条件下进行，测试的电流为恒流，为3mA.测试过程中注意遮光措施的完善，因为光照对电学参数和噪声参数的测试都有影响。如果在I-V特性中电流出现了负值，说明有光入射到太阳能电池的表面，使其发生了光伏效应。光照对两种参数的测试都有较大的影响，使得测试误差增大。

1.2.3实验结果分析

图2.6给出了在600Krad的γ辐射损伤之后，20个器件的噪声功率谱密度的变化情况与初始的噪声功率谱的密度大小有关。通过线性拟合，可以发现，20个数据点在拟合直线的两边均匀分布，从图中可以看出初始噪声值的大小可以用于表征太阳能电池在大剂量辐射损伤之后的损伤情况。

图2.7给出了太阳能电池在进行600Krad的辐射损伤之后，其噪声功率谱密度的大小与200Krad相对于10Krad的变化率的线性拟合结果。从图中可以发现在初始辐射损伤之后太阳能电池噪声的变化率的大小在某种程度上确定了大剂量辐射损伤之后的噪声功率谱密度的大小。这就说明通过对小剂量的辐射损伤中的噪声测试结果进行分析，其退化率的大小对于之后大剂量辐射损伤情况可以做出评估，可以进一步对器件进行筛选。

空间应用的太阳能电池与地面应用的太阳能电池相比较在达到硬度的标准之上还要达到一定总剂量辐射损伤的要求。通过以上的论述，发现通过小剂量的辐射损伤之后，噪声幅值的相对变化率可以预测太阳能电池在空间应用情况下的损伤状况，从而对太阳能电池进行评价和筛选，提高太阳能电池在空间使用环境下的可靠性，达到所要求的服役年限。