高功率微波及重离子注入的空间太阳能电池的分析方法技术

本发明专利技术提供的一种高功率微波及重离子注入的空间太阳能电池的分析方法，通过基于已获取的砷化镓太阳能电池的各层结构以及材料，构建砷化镓太阳能电池的结构模型；将砷化镓太阳能电池的每一层材料通用参数以及各层材料的掺杂参数输结构模型获得等效模型；在等效模型中同时注入高功率微波以及重离子，得出内部峰值温度随注入脉宽的变化趋势以及瞬态的温度分布图，进一步确定高功率微波与重离子同时对砷化镓太阳能电池造成的热损伤机理。由于本发明专利技术同时引入了高功率微波与重离子叠加注入后产生的相互作用，从而可以评估空间砷化镓太阳能电池在高功率微波注入下的重离子效应，更加准确的确定砷化镓太阳能电池的热损伤机理。

【技术实现步骤摘要】
高功率微波及重离子注入的空间太阳能电池的分析方法技术邻域本专利技术属于星载电池
，具体涉及一种高功率微波及重离子注入的空间太阳能电池的分析方法。
技术介绍
高功率微波(highpowermicrowave，HPM)是强电磁脉冲(electromagneticpulse，EMP)的一种重要形式，具有高频率、高功率和广作用域的特点。作为“束能武器”时，它极易通过耦合途径进入电子系统，造成半导体元器件故障甚至永久性失效。且高功率微波在长距离无线电力传输(Wirelesspowertransfer，WPT)中相较于激光等其它传输介质有着更高的转化效率和稳定性(尤其针对2.4GHz与5.8GHz的传输频率)。在太空中存在高微波，而大型空间太阳能电站(SpaceSolarPowerStation,SSPS)采用砷化镓太阳能电池，保证砷化镓太阳能电池在空间高功率微波环境中能够稳定工作非常重要。由于高功率微波更容易通过前端设备(如天线等)耦合进入到电子系统内部，而只有很小的几率通过耦合设备线缆(如电源线、地线等)反向注入到太阳能电池板中，甚至只有当卫星前端其他部件已经被高功率微波完全摧毁时，才可能最后注入到太阳能电池中。大型太空站的建立必须依赖于空间太阳能电站，高功率微波正给空间砷化镓基太阳能电池带来前所未有的正面威胁，对空间太阳能电池的研究分析成为重中之重。因此，亟待一种对空间太阳能电池的可靠性分析方法。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种高功率微波及重离子注入的空间太阳能电池的分析方法，所述分析方法包括：本专利技术提供的一种高功率微波及重离子注入的空间太阳能电池的分析方法包括：基于砷化镓太阳能电池的各层结构以及材料，构建砷化镓太阳能电池的结构模型；将砷化镓太阳能电池的每一层材料通用参数以及各层材料的掺杂参数输入结构模型，获得砷化镓太阳能电池的等效模型；其中，材料通用参数包括复杂折射率与量子产率，掺杂参数包括：材料厚度、掺杂水平以及摩尔组分；在等效模型中同时注入高功率微波以及重离子，以使等效模型变化，得出砷化镓太阳能电池的内部峰值温度随注入脉宽的变化趋势以及瞬态的温度分布图；基于内部峰值温度以及瞬态的温度分布图，确定高功率微波与重离子同时对砷化镓太阳能电池造成的热损伤机理。可选的，在等效模型中同时注入高功率微波以及重离子包括：在预设的模拟工作条件下，当等效模型的内部温度达到峰值状态时，向等效模型中表示砷化镓基太阳能电池的阴极金属端口注入高功率微波信号以及在阴极金属线的预设范围内注入重离子。可选的，预设的模拟工作条件为：等效模型的入射光谱为地球大气表面太阳光谱，入射太阳光电流功率Ps＝1000mW/cm2以及室温T＝300K。其中，预设范围为0～1μm。量子产率为：复杂折射率为：n＝n0+Δnλ+ΔnT+Δncarrk＝k0+Δkλ+Δkcarr其中，ηG表示量子产率，αFCA表示自由吸收的光子数，αtot表示总共吸收的光子数；ηGe是阶跃函数，对于半导体材料为1，对于非半导体材料为0；α包括αFCA和αtot，k表示消光系数，λ表示输入光的波长；表示复杂折射率，n表示的实部，i·k表示的虚部，n0表示基础折射率，Δnλ表示入射光谱波长对折射率的修正值，ΔnT表示环境温度对折射率的修正值，Δncarr表示瞬态载流子浓度对折射率的修正值，k0表示基础消光系数，Δkλ表示入射光谱波长对消光系数的修正值，Δkcarr表示瞬态载流子浓度对消光系数的修正值。可选的，在等效模型中同时注入高功率微波以及重离子，以使等效模型变化，得出砷化镓太阳能电池的内部峰值温度随注入脉宽的变化趋势以及瞬态的温度分布图之前，分析方法还包括：将等效模型按照内部电流密度划分为三个量级的有限元网格；其中，不同量级的有限元网格的面积大小不同。可选的，将等效模型按照内部电流密度划分为三个量级的有限元网格包括：将阴极金属线及其预设范围内的结区划分为第一量级的有限元网格；将阴极附近其他非结区划分为第二量级的有限元网格；将除第一量级以及第二量级划分的其他区域划分为第三量级的有限元网格；其中，第一量级为0.00005～0.0002μm2，第二量级为0.0002～0.001μm2，第三量级为0.001～0.1μm2。可选的，在等效模型中同时注入高功率微波以及重离子，以使等效模型变化，得出砷化镓太阳能电池的内部峰值温度随注入脉宽的变化趋势以及瞬态的温度分布图包括：在等效模型中同时注入高功率微波以及重离子，以使等效模型变化，在等效模型中确定最高峰值温度，得出砷化镓太阳能电池的内部峰值温度随注入脉宽的变化趋势；获取每个有限元网格的温度组成及瞬态的温度分布图。本专利技术提供的一种高功率微波及重离子注入的空间太阳能电池的分析方法，通过基于已获取的砷化镓太阳能电池的各层结构以及材料，构建砷化镓太阳能电池的结构模型；将砷化镓太阳能电池的每一层材料通用参数以及各层材料的掺杂参数输结构模型获得等效模型；在等效模型中同时注入高功率微波以及重离子，得出内部峰值温度随注入脉宽的变化趋势以及瞬态的温度分布图，进一步确定高功率微波与重离子同时对砷化镓太阳能电池造成的热损伤机理。由于本专利技术同时引入了高功率微波与重离子叠加注入后产生的相互作用，从而可以评估空间三结砷化镓太阳能电池在高功率微波注入下的重离子效应，更加准确的确定砷化镓太阳能电池的热损伤机理。以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1为本专利技术实施例中提供的一种高功率微波及重离子注入的空间太阳能电池的分析方法的流程图；图2为本专利技术实施例中提供的空间三结砷化镓太阳能电池模拟域提取的三维示意图；图3为本专利技术实施例中所提取的标准空间三结砷化镓太阳能电池结构模型的三维示意图；图4为本专利技术提供的高功率微波从砷化镓太阳能电池阴极端口注入以及重离子从阴极金属线附近注入的示意图；图5为本专利技术实施例中空间三结砷化镓太阳能电池的I-V与P-V特性曲线分布图；图6为本专利技术实施例中模型的有限元网格模型的示意图；图7为本专利技术提供的利用Sentaurus-TCAD对空间三结砷化镓太阳能电池进行高功率微波注入下的重离子效应仿真流程示意图；图8为本专利技术提供的叠加注入高功率微波与重离子时，器件内部峰值温度随注入脉宽的变化趋势。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。请参见图1，图1是本专利技术提供的一种高功率微波及重离子注入的空间太阳能电池的分析方法的流程图，本专利技术提供的一种高功率微波及重离子注入的空间太阳能电池的分析方法包括：步骤1，基于砷化镓太阳能电池的各层结构以及材料，构建砷化镓太阳能电池的结构模型。参考图2与图3所示，图2是空间三结砷化镓太阳能电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高功率微波及重离子注入的空间太阳能电池的分析方法，其特征在于，所述分析方法包括：/n基于砷化镓太阳能电池的各层结构以及材料，构建所述砷化镓太阳能电池的结构模型；/n将所述砷化镓太阳能电池的每一层材料通用参数以及各层材料的掺杂参数输入所述结构模型，获得所述砷化镓太阳能电池的等效模型；/n其中，所述材料通用参数包括复杂折射率与量子产率，所述掺杂参数包括：材料厚度、掺杂水平以及摩尔组分；/n在所述等效模型中同时注入高功率微波以及重离子，以使所述等效模型变化，得出所述砷化镓太阳能电池的内部峰值温度随注入脉宽的变化趋势以及瞬态的温度分布图；/n基于所述内部峰值温度以及所述瞬态的温度分布图，确定高功率微波与重离子同时对所述砷化镓太阳能电池造成的热损伤机理。/n

【技术特征摘要】
1.一种高功率微波及重离子注入的空间太阳能电池的分析方法，其特征在于，所述分析方法包括：
基于砷化镓太阳能电池的各层结构以及材料，构建所述砷化镓太阳能电池的结构模型；
将所述砷化镓太阳能电池的每一层材料通用参数以及各层材料的掺杂参数输入所述结构模型，获得所述砷化镓太阳能电池的等效模型；
其中，所述材料通用参数包括复杂折射率与量子产率，所述掺杂参数包括：材料厚度、掺杂水平以及摩尔组分；
在所述等效模型中同时注入高功率微波以及重离子，以使所述等效模型变化，得出所述砷化镓太阳能电池的内部峰值温度随注入脉宽的变化趋势以及瞬态的温度分布图；
基于所述内部峰值温度以及所述瞬态的温度分布图，确定高功率微波与重离子同时对所述砷化镓太阳能电池造成的热损伤机理。


2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，在所述等效模型中同时注入高功率微波以及重离子包括：
在预设的模拟工作条件下，当所述等效模型的内部温度达到峰值状态时，向所述等效模型中表示所述砷化镓基太阳能电池的阴极金属端口注入高功率微波信号以及在阴极金属线的预设范围内注入重离子。


3.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述预设的模拟工作条件为：等效模型的入射光谱为地球大气表面太阳光谱，入射太阳光电流功率Ps＝1000mW/cm2以及室温T＝300K。


4.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述预设范围为0～1μm。


5.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，
所述量子产率为：
复杂折射率为：



n＝n0+Δnλ+ΔnT+Δncarr
k＝k0+Δkλ+Δkcarr
其中，ηG表示量子产率，αFCA表示自由吸收的光子数，αtot表示总共吸收的光子数；ηGe是阶跃函数，对于半导体材料为1，对于非半导体材...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴常春，王瀚翔，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61