2011/06https://doi.org/10.1109/PVSC.2011.6186259InGaP太陽電池及びInGaP/GaAs/Ge三接合太陽電池の低エネルギー電子線照射効果を調べた。今回はInGaP太陽電池中のGa及びInのはじき出しエネルギーのしきい値以下である300keVでの電子線照射を行った。電子線照射中に太陽電池の発電特性を測定する同時計測法により、これら太陽電池の照射による電気特性の変化を調べたところ、短絡電流は照射によって変化しないこと、開放電圧は照射量の増加とともに低下することが判明した。今回のエネルギーではPのはじき出しによる欠陥のみが生成されることから、短絡電流の低下の原因となる少数キャリアの拡散長はP由来の欠陥には影響されないと結論できる。表面再結合が増加することで開放電圧が低下することから、300keV電子線照射によって表面再結合が増加することも併せて判明した。一環として、InGaP/GaAs/Ge太陽電池におけるInGaPサブセルのベース層キャリア濃度と耐放射線性の関係について調べた。TIARAで行った陽子線照射実験の結果をよく再現することができた。低エネルギー(30keV)陽子線照射による少数キャリア拡散長の損傷係数及びキャリア枯渇係数は初期キャリア濃度には依存しなかったことから、耐放射線性の違いは発生電荷の収集を担う空乏層の長さや電界強度の影響、不純物に関連する複合欠陥に起因しているという可能性が示唆された。TIARAにおいてGaAs太陽電池の200keV陽子線照射実験を行い、ベース層キャリア濃度が低い方が耐放射線性が高くなるということを明らかにした。放射再結合寿命と少数キャリア寿命の損傷係数をパラメータとするGaAs太陽電池の放射線照射劣化モデルを構築し、ベース層キャリア濃度の異なるGaAs太陽電池の耐放射線性がどのように変化するかを数値解析した。その結果、TIARAにおける実験結果をよく再現でき、今回構築した劣化モデルの妥当性を示すことができた。パーセンタイル:78.84量子ドット(QD)太陽電池は次世代の超高効率太陽電池として期待されるが、これまで照射効果に関する報告がなく、宇宙応用の可能性が不明である。そこで、1MeV電子線をQD太陽電池へ照射し、発電特性の変化を調べた。QD太陽電池を用いた。照射し、照射前後での量子効率を測定した。比較のためQD構造を持たない単接合のGaAs太陽電池への照射も併せて行った。その結果、QD太陽電池,単接合GaAs太陽電池ともに照射により発電特性の低下が見られたが、QD構造に特有な長波長側での量子効率の増加に関しては電子線照射によっても減少は見られないことが判明した。従来の太陽電池では照射による少数キャリアの拡散長低下が原因で、長波長側の量子効率が顕著に減少して発電特性が低下するが、今回QD太陽電池で、長波長側の量子効率に減少が見られなかったことは、QD太陽電池が優れた耐放射線性を示すことを示し、宇宙用としての応用が期待できる結果といえる。パーセンタイル:78.84Ge基板上に作成したGaAs太陽電池にさまざまなエネルギーの陽子線を照射し、発電特性の劣化を調べるとともに、放射線損傷の陽子線エネルギー依存性をデバイスシミュレータを用いて検討した。その結果、開放電圧の劣化は50keVの陽子線照射で最も大きく、9.5MeVで最も小さいことが明らかとなった。デバイスシミュレータによる解析の結果、太陽電池の損傷領域が陽子線のエネルギーによって異なり、低エネルギーでは太陽電池のpn接合付近に大きな損傷を形成するために劣化も大きくなるということがわかった。Fuels)宇宙用のInGaP/GaAs/Ge三接合太陽電池の陽子線照射による劣化を1次元光デバイスシミュレータPC1Dを用いてモデル化した。10MeVの陽子線を照射した三接合太陽電池の外部量子効率から短絡電流及び開放電圧の劣化量を見積もるとともに、少数キャリア拡散長の損傷係数及びベース層キャリア濃度のキャリア枯渇係数を求めた。この計算によって求められた短絡電流及び開放電圧の劣化量は実験結果を5%以内の精度で再現したことから、今回提案した放射線劣化モデリングが三接合太陽電池の寿命予測に有効であることが証明できた。トップセルである(Al)InGaP太陽電池の放射線耐性について調べた。Pの場合のセルとの間に違いが見られなかった。ベース層のキャリア濃度に勾配をつけても耐放射線性に変化がなかったことから、(Al)InGaP太陽電池の放射線劣化は少数キャリア拡散長の減少に強く起因するものではないことが推測された。10MeVの幅広いエネルギー範囲のプロトンを照射することで劣化させた三接合太陽電池の外部量子効率のシミュレーションを、1次元光デバイスシミュレータPC1Dを用いて行った。その結果、短絡電流及び開放電圧を実験結果と比較して5%以内の精度で再現することができ、このモデリングの妥当性を確認することができた。各サブセルにおけるベース層の多数キャリア濃度枯渇係数と少数キャリア拡散長の損傷係数を見積り、これらがNIELを指標として表現できることを見いだした。2007/121次元光デバイスシミュレータ(PC1D)を用いて宇宙用InGaP/GaAs/Ge三接合太陽電池の寿命予測技術開発のため、放射線による電気特性劣化のモデリングを行った。3MeV及び10MeVの陽子線照射によって劣化した三接合太陽電池の量子効率をフィッティングし、短絡電流と開放電圧をシミュレートした。各サブセルにおいて少数キャリア拡散長の損傷係数及びベース層のキャリア除去係数を見積もった。その結果、シミュレーションによって得られた短絡電流と開放電圧は実験値と良い一致を示した。これらの結果より、本劣化モデリングの有効性が実証された。まで照射し、その電気特性の劣化を調べたところ、低温で照射した場合の開放電圧は、室温で照射した場合よりも高い保存率を示し、開放電圧についてはその逆の結果となった。照射後の開放電圧の温度係数は照射前に比べて大きくなったが、短絡電流の温度係数については照射前後で変化がなかった。1次元光デバイスシミュレータ(PC1D)を用いて解析を行ったところ、これら電気特性の劣化は少数キャリア拡散長の減少が主たる原因であることが判明した。一環として、(Al)InGaP太陽電池の放射線耐性について調べた。Pのセルの間で有意な差がみられなかったことから、AlInGaPセルについてはベース層キャリア濃度に勾配をつけた構造は放射線耐性に有効ではないことがわかった。3MeV陽子線を照射し発電特性の変化を調べた。陽子線照射により発電特性が減少することが観測された。Loss(NIEL)に基づく弾き出し損傷量(Dd)の関係を求めたところ、陽子線のエネルギーによらず単一の関係となることが見いだされ、a-Si/a-SiGe太陽電池においても従来の結晶太陽電池と同様にDdが劣化量を決める重要な指標となることが判明した。Cでの熱処理を行ったところ発電特性の回復が観測され、6時間の熱処理により特性が未照射値まで回復することが判明した。0.25A/cmの範囲で電流注入を行った。増加とともに短絡電流が回復すること,短絡電流の回復量と注入した電流量(電荷)の関係は10MeV陽子線照射した3J太陽電池も50keV陽子線照射したのも同様な関係があることが見いだされた。電流注入による回復の振る舞いから欠陥のアニール率を求めたところ10MeVも50keV陽子線照射したものも同様の値であることが見積もられた。50keV陽子線照射試料ともに同じものであることが示唆された。2006/10陽子線を照射したIII-V族半導体太陽電池の電流注入による特性回復を調べた。まで室温で照射したのちに同じく室温で電流注入を行い、それらの電気特性の回復を調べた。短絡電流は回復が見られなかったが、開放電圧が回復した。50keV陽子線を照射した試料は10MeV陽子線を照射した試料よりも大きな回復を示すことが判明した。)する際に、照射窓と試料の間の距離を20から50cmと変化させ、そのときの電気特性劣化の差異を調べた。今回の試料条件では照射される電子線のエネルギーは大気及び試料窓材(Ti)により0.93から0.71MeVまで変化するが、電子線照射による三接合太陽電池の劣化に関しては、照射窓と試料の間の距離の違いによる差異は見られなかった。Si太陽電池については0.93MeVと0.87MeVの電子線照射については変化が見られなかったが、0.73MeVまで電子のエネルギーが減衰すると劣化の減少が見いだされた。)の異なるAlInGaP太陽電池へ3MeV陽子線を照射し発電特性の劣化を調べた。照射後には膜厚によらず同じ値になることが見いだされた。キャリア濃度が高いものほど初期値は高いが、劣化も大きいことが判明した。2006/05次期の宇宙用太陽電池の主力である三接合(3J)太陽電池の劣化特性の電流注入による回復現象を明らかにするために、照射陽子線のエネルギーと劣化の回復特性の関係を調べた。試料にはInGaP/GaAs/Geの3J太陽電池を用い、室温にて50keV又は10MeVの陽子線を照射した。発電による電流注入効果を避けるために、照射中は暗状態、回路は開放状態とした。)の保存率は81%となった。あったが、このことは10MeV陽子線が3J太陽電池を通過するのに対し50keV陽子線が3J太陽電池のトップセルであるInGaPの接合付近に飛程を持つため損傷が大きいことによる。さらなる高効率化に期待されているAlInGaPトップセルの耐放射線性に関する研究の一環として、AlInGaP太陽電池の放射線照射効果を調べた。)はキャリア濃度が高いものほど大きな値を示した。キャリア濃度が高い試料ほど劣化が大きいことが判明した。このことから、宇宙用太陽電池のトップセルとしてはキャリア濃度の低い方が耐久性が高いと判断できる。InGaP/(In)GaAs/Ge3接合(3J)太陽電池の放射線劣化モデル構築を目的に、InGaPトップセルの劣化特性が電流注入により回復する現象を熱アニール効果を抑制できる低温で評価した。)を照射前の94%まで低下させた。)を行い特性の変化を調べた。回復が見られること,1000秒以上では回復が飽和傾向を示すことが明らかとなった。飽和値は未照射の値に対して98%であった。このことは、電流注入により照射欠陥がアニールされ太陽電池出力特性の回復が見られるが、一部にはアニールされない種類の欠陥も存在することを示唆する結果といえる。0.01程度が妥当であることが見いだされた。