Lithium-Solar-Batterie

Um die Strahlungsbeständigkeit von Solarzellen zu verbessern, können lithiumdotierte Solarzellen hergestellt werden. Diese Art von Batterie kann sich nach der Bestrahlung von selbst erholen und ist daher ein Blickfang. Lithium hat eine höhere Mobilität in Silizium. Es dringt in den Basisbereich ein und kann mit Defekten reagieren, die durch Bestrahlung verursacht werden, wodurch die Auswirkungen der Bestrahlung auf das Leben verringert werden.

Solarzellen werden derzeit hauptsächlich in künstlichen Satelliten und Raumfahrzeugen eingesetzt. Hochenergetische Teilchen im Weltraum (wie Elektronen, Protonen, Gammateilchen usw.) erzeugen Defekte in Halbleitern, die die Ausgangsleistung von Solarzellen verringern. Daher muss die Nutzungsdauer von Solarzellen im Voraus geschätzt werden. Die Nutzungsdauer einer Batterie bezieht sich auf die Zeit, in der sie die für den normalen Betrieb eines künstlichen Satelliten erforderliche Energie erzeugen kann.

Der Einfluss der Bestrahlung auf die Leistung von Solarzellen

Wenn die durch die Teilchenbestrahlung auf die Gitteratome übertragene Energie größer ist als ein bestimmter Schwellenwert (für Silizium beträgt dieser Wert 13 Elektronenvolt), werden die Gitteratome verschoben und ein Frankel-Defektpaar erzeugt. Um diese Energie bei einer Kollision mit Siliziumatomen zu übertragen, muss das einfallende Elektron eine Energie von 145 Kiloelektronenvolt haben, während das schwerere einfallende Proton 98 eV und das A-Teilchen nur 30 eV benötigt. Diese Defekte verursachen Veränderungen in der Oberflächenrekombination, Leitfähigkeit und Lebensdauer des Halbleiters. Viele Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass Lebensparameter am empfindlichsten auf Strahlungsdefekte reagieren. Bevor andere Parameter wichtige Änderungen erfahren haben, reichen die Änderungen im Leben aus, um einen Geräteausfall zu verursachen.

Wie man die Strahlungsbeständigkeit von Solarzellen verbessert

Da N/P-Batterien eine bessere Strahlungsbeständigkeit aufweisen als P/N-Batterien, werden N/P-Batterien seit 1964 in den meisten Flugzeugen eingesetzt, die den Strahlungsgürtel der Erde umkreisen. Es wurde darauf hingewiesen, dass die Dotierung einer angemessenen Menge Kupfer im Basisbereich der N/P-Batterie die Strahlungsbeständigkeit verbessern kann. Der durch Bestrahlung erzeugte Kupfer-Vakanz-Komplex hat einen geringeren Einfluss auf den Rekombinationsprozess als das Rekombinationszentrum der Batterie ohne Kupfer.

Gleichzeitig hat man die Strahlungsbeständigkeit von P/N-Batterien unter vielen Aspekten erforscht. Die Verwendung eines übermäßigen Designs, dh die Montage einer großen Anzahl von Batterien, die Erhöhung der Ausgangsleistung über den erforderlichen Wert und die Verwendung eines dicken Deckglases zur Verbesserung der Antistrahlungsfähigkeit, konnte das Problem nicht grundlegend lösen. Die folgenden vier Methoden werden derzeit untersucht und schrittweise angewendet:

Die erste Methode ist das thermische Glühen während des Batteriegebrauchs. Es wird berichtet, dass die durch Elektronenbestrahlung verursachten Schäden durch diese Methode beseitigt werden können, und für die durch Protonenbestrahlung verursachten Schäden ist die Beseitigung von Schäden nach dem Glühen nicht so vollständig wie die Beseitigung von Elektronenstrahlungsschäden. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass das Hinzufügen von Glühgeräten das Design kompliziert macht. Die zweite Methode besteht darin, einen Verunreinigungskonzentrationsgradienten im Basisbereich der Batterie einzuführen, um ein elektrisches Driftfeld zu bilden, so dass die Minderheitsträger, die ihre Lebensdauer nach der Bestrahlung reduziert haben, aufgrund der doppelten Effekte von Diffusion und Drift immer noch den PN-Übergang erreichen können. Die dritte Methode besteht darin, P-Typ-Verunreinigungen wie Aluminium, Gallium, Indium, Eisen und Kupfer in den Basisbereich zu dotieren. Die vierte Methode besteht darin, lithiumdotierte Solarzellen herzustellen. Diese Art von Batterie kann sich nach der Bestrahlung von selbst erholen und ist daher ein Blickfang. Lithium hat eine höhere Mobilität in Silizium. Es dringt in den Basisbereich ein und kann mit Defekten reagieren, die durch Bestrahlung verursacht werden, wodurch die Auswirkungen der Bestrahlung auf das Leben verringert werden.

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