一种空间辐射环境下砷化镓太阳能电池寿命预示方法

摘要

本发明的一种空间辐射环境下砷化镓太阳能电池寿命预示方法，属于空间环境工程领域和航天器太阳能电池阵设计领域。利用Geant4软件辐射输运工具箱来模拟计算电子在太阳能电池材料中的非电离能损与入射电子能量的关系，得出电池损伤系数与位移损伤剂量的关系曲线；模拟计算出GEO轨道的粒子通量能谱以及穿过石英玻璃盖片后的衰减谱；利用地面模拟试验获得的太阳能电池损伤系数与模拟计算获得的空间轨道位移损伤剂量，建立太阳能电池在GEO轨道辐射环境下寿命预示模型。本发明利用位移损伤剂量方法，预测不同空间辐射环境对电池性能参数衰减的影响，预测太阳能电池在轨使用寿命，确定出该特征曲线，节约了试验经费和时间。

主权项

一种空间辐射环境下砷化镓太阳能能电池寿命预示方法，其特征在于：1)利用Geant4软件辐射输运工具箱来模拟计算电子在太阳能电池材料中的非电离能损与入射电子能量的关系，非电离能损与入射电子能量的关系见公式(1)： NIEL ( E ) = N A A ∫ θ min π [ dσ ( θ , E ) dΩ ] T ( θ , E ) L [ T ( θ , E ) ] dT - - - ( 1 ) 2)太阳能电池电子辐照的能量范围为0.8-2.5MeV，通量范围为1013-1015/cm2；研究太阳能电池损伤系数与电子能量和通量的关系；利用电子在太阳能电池材料中的非电离能损，得出电池损伤系数与位移损伤剂量的关系曲线；3)模拟计算出地球同步轨道的粒子通量能谱，以及穿过石英玻璃盖片后的衰减谱；4)带电粒子在材料中沉积的非电离剂量定义为位移损伤剂量，其表达式为粒子通量与非电离能损的乘积，如(2)式：Dd＝Φ(E)S(E) (2)当带电粒子对电池输出参数的损伤系数与粒子的NIEL成线性关系时，将电子在电池材料中的非电离能损曲线归一化最大输出功率按照(2)式给出的Dd重新作图，则不同能量的曲线将会重合为同一条曲线；然而当损伤系数与粒子的NIEL成非线性关系时，不同能量的曲线将不会重合；为了使不同能量的曲线能够重合，将(2)式改写为等效位移损伤剂量，如(3)式： D deff = Φ ( E ) S ( E ) [ S ( E ) S ( E ref ) ] ( n - 1 ) - - - ( 3 ) 利用地面模拟试验获得的太阳能电池损伤系数与模拟计算获得的空间轨道位移损伤剂量，建立太阳能电池在GEO轨道辐射环境下寿命预示模型。