CC BY
13
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ФОТОПРЕОБРАЗАТЕЛЕЙ Онищук Сергей Алексеевич, к.ф.-м.н., доцент, КВВАУЛ (e-mail: [email protected]) Муратова Альбина Сарваровна, студент (e-mail: albina.muradova.1998.mail.ru) Кубанский государственный университет, г.Краснодар, Россия
Исследованы фотопреобразователи из различных видов крения в условиях протонного облучения. Показано, что в результате облучения протонами произошла деградация всех параметров фотопреобразователей.
Ключевые слова: кремний, фотопреобразователи облучения протонами.
Исследуемые фотопреобразователи предназначеныа для генерации электроэнергии на освещенных участках орбиты при работе в составе системы электропитания изделия "Молния-ЗК" с целью обеспечения электроэнергией его бортовой аппаратуры и заряда аккумуляторных батарей на освещенных участках орбиты в течение всего срока эксплуатации по целевому назначению.
Изделия "Молния-ЗК" эксплуатируются на орбите со следующими параметрами:
1) орбита эллиптическая, с высотой перигея 480 - 650 км и высотой апогея 40000 км;
2) наклонение - 62,8°;
3) гринвическая долгота восходящего узла - от 63 до 74°;
4) аргумент перигея - от 280 до 290°;
5) период обращения - 12 ч.
Срок активного существования фотопреобразователей по целевому назначению - не менее 3 лет. При нахождении на орбите фотопреобразователи в течение всего срока активного существования подвержены воздействию потока протонов и электронов естественных радиационных поясов Земли и потока протонов солнечных космических лучей.
В данной работе приведены результаты испытании радиационностойких фотопреобразователей (РСФП) на воздействие потока протонов. Целью настоящих испытаний являлось определение уровня деградации фотопреобразователей РСФП с базой, легированной литием, в результате воздействия протонов. Испытаниям подвергались фотопреобразователи с базой, легированной литием, изготовленные из n-кремния марки ЭКЭФ-20.
Для сравнения влияния воздействия протонов на РСФП и дополнительного контроля за дозой облучения одновременно с РСФП производилось облучение фотопреобразователей СМП из р-кремния марки ЭКДБ-15 со сплошной металлизацией тыльной поверхности.
Фотопреобразователя СМП из ^-кремния имели контактный рисунок и просветляющее покрытие, аналогичные фотопреобразователям РСФП и фотопреобразователи на основе кремния марки КСД-3
В результате облучения протонами произошла деградация всех параметров фотопреобразователей. Наиболее важным параметром, имеющим практическое значение, является эффективность ФП, так как она определяет среднюю мощность, отдаваемую батареями. В результате облучения протонами произошла деградация всех параметров фотопреобразователей. Наиболее важным параметром, имеющим практическое значение, является эффективность ФП, так как она определяет среднюю мощность, отдаваемую батареями.
Все виды облученных ФП деградировали сильнее с увеличением флюен-са облучения, причем деградация в несколько большей степени сказалась на РСФП, что вообще характерно для фотопреобразователей на и-типе кремния. Нет заметной разницы между деградацией РСФП с разной концентрацией легирования базы литием. Это говорит о том, что фотопреобразователи хорошо сохранились (не были отожжены) при транспортировке от места облучения до момента измерения световых ВАХ на имитаторе солнечного света, так как разница в характеристиках облученных приборов начинает сказываться только при восстановлении параметров под влиянием отжига.
Деградация эффективности РСФП (СМП) характеризуется значениями относительной остаточной после облучения эффективностью, которая составляет 85%, (95%), 70%, (80%), 48%, (518%) и 30% (37%) соответственно для флюенсов 3-Ю10, 3-1011, 3• 1012 и 3-1013 протонов на квадратный сантиметр. При этом фототок короткого замыкания уменьшается сильнее напряжения холостого хода. Это объясняется тем, что протоны больших энергий проникают на большую глубину в фотопреобразователь, практически равномерно распределяя радиационные дефекты по объему ФП. Так как толщина базы во много раз больше толщины эмиттерной области и области пространственного заряда, то основная часть дефектов оказывается в базе приборов, что и определяет большую деградацию тока короткого замыкания по сравнению с Uxx. При этом, если ток короткого замыкания деградирует меньше у СМП, то напряжение холостого хода у фотопреобразователей на основе кремния марки ЭКДБ-15 имеет меньшие, чем у РСФП, отно -сительные значения на первых двух флюенсах облучения. Это говорит о том, что высота потенциального барьера ^-и-перехода у фотопреобразователей с меньшим уровнем легирования базы примесей с мелкими уровнями более чувствительна к небольшим дозам протонного облучения.
Аналогично Uxx поведение, напряжения Umax, которое является напряжением в точке максимального отбора мощности у фотопреобразователей.
Наблюдаемая в эксперименте деградация фотоэлектрических параметров кремниевых ФП при их облучении протонами объясняется сокращением времени живни неосновных носителей заряда в базе и уменьшением коэф-
фициента собирания носителей заряда. Предполагается, что при воздействии проникающей радиации в базе фотопреобразователей, эмиттерной области и в р^-переходе образуются радиационные дефекты, которые, взаимодействуя с примесями и другими дефектами, образуют комплексы, играющие роль центров рекомбинации, и снижают время жизни и коэффициент собирания носителей заряда.
Для всех видов фотопреобразователей характерно одинаковое поведение спектральной чувствительности РСФП и СМП при увеличении флюенса облучения: сильно деградирует длинноволновая область чувствительности и слабо - коротковолновая (рис. 1).
400 600 800 1000 1200
нм
До облучения Ю10 пр/см2
1011 пр/см2
1012 пр/см2 ч- 1013 пр/см2
Рисунок 1 - Деградация спектральной чувствительности РСФП
Известно, что длинноволновая часть спектральной чувствительности фотопреобразователей обусловлена генерацией неравновесных носителей заряда в базе. Уменьшение чувствительности облученных элементов в длинноволновой части спектра обусловлено введением дефектов в область базы. В то же время ввиду наличия большой концентрации исходных дефектов в диффузионном слое скорость рекомбинации в нем велика до облучения, и поэтому деградация спектральной чувствительности в коротковолновой части спектра заметна лишь при больших флюенсах.
J, мА/см 2
2 __
1 0
-1
-2 -3
и мВ
Рисунок 2 - Деградация темновых ВАХ РСФП
Деградацию р-«-перехода хорошо наблюдать по прямым темновым вольт-амперным характеристикам, построенным в полулогарифмическом масштабе (рис. 2). При этом зависимость от флюенса нельзя построить для одного образца, так как один ФП не может быть сразу облучен четырьмя дозами. Вследствие этого на одном графике строились характеристики близких по параметрам ФП разных литиевых групп и СМП под воздействием протонного облучения. Для всех видов фотопреобразователей характерно одинаковое поведение этой характеристики при увеличении флюенса облучения: заметно возрастают токи в диффузионной области, при этом практически не меняется наклон характеристики в этом месте ВАХ в сторону увеличения коэффициента неидеальности. Рекомбинационные токи возрастают слабее, но точнее трудно определить вследствие значительной разнородности рекомбинации в области пространственного заряда даже у близких по параметрам ФП.
Общая тенденция изменений в области пространственного заряда такова: деградация р-п-перехода усиливается с ростом флюенса, диффузионные токи возрастают сильнее рекомбинационных, разница для РСФП с различным содержанием лития для одной дозы незаметна в пределах точности измерения, р-п-переходы у РСФП и СМП на ЭКДЕ-15 деградируют сходным образом, деградация области пространственного заряда у фотопреобразователей на основе кремния марки КСД-3 заметно меньше, чем у других ФП.
Ь, мкм 180
160
140 120 100 30 60 40 20
1018 1,6-1018 2,5-1018 4,0-Ю13
йШЛх, см
6,3-10
18
10
19
Рисунок 3 - Зависимость диффузионной длины от содержания лития в
РСФП
Было отмечено также снижение диффузионной длины неосновных носителей заряда от содержания лития в РСФП.
Список литературы
1. Онищук С. А., Тумаев Е.Н. Механизмы образования дивакансий при радиационном облучении кремния. Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании 2009». Т.22. Физика и математика, География. Одесса: Черноморье, 2009. С.64-65.
2. Онищук С.А., Рекин И.В., Тумаев Е.Н. К вопросу о возникновении дивакансий при радиационном образовании наноразмерных дефектов в кремнии. Труды VIII Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах». Краснодар: Просвещение-Юг, 2011. С.112-114.
3. Онищук С.А., Рекин И.В., Тумаев Е.Н., Чепурная А.А. Влияние температуры на характеристики точечных дефектов в полупроводниках. Труды 1Х Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах». Краснодар: Кубанский государственный университет, 2012. С.183-185.
4. Понетаева Е. Г., Онищук С. А. Исследование спектральной чувствительности солнечных элементов. Труды Х1 Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах». Краснодар: Кубанский государственный университет, 2014. С.161-162.
5. Онищук С. А., Понетаева Е.Г. Моделирование спектральной чувствительности СЭ при протонной бомбардировке. Материалы Х всероссийской научно-практической конференции «Математические методы и информационно-технические средства». Краснодар: Краснодарский ун-т МВД России, 2014.С.234-236.
6. Онищук С.А. Математическое моделирование спектральной чувствительности СЭ при протонной бомбардировке. Актуальные вопросы развития территорий: теоретические и прикладные аспекты. Пермь: ИП Сигитов Т.М., 2016. №2. С.11-14.
Onischuk Sergey Alekseevich, candidate of ph.-m. d., assoc., kwame Kuban State University, Krasnodar Russia (e-mail: [email protected]) Muratova Albina Sarvarova, Student (e-mail: albina.muradova.1998.mail.ru)
Kuban State University, Krasnodar Russia THE USE OF DIFFERENT SEMICONDUCTOR MATERIALS FOR THE MANUFACTURE OF SPACE PHOTOPERIODICALLY Abstract. The investigated solar cells from different types of crania in terms of proton irradiation. It is shown that as a result of irradiation by protons has been a degradation of all parameters ofphotovoltaic devices. Keywords: silicon, solar cells irradiated with protons.
УДК 621.311
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛЭП Рощупкина Валерия Александровна, студент
(e-mail:[email protected]) Негребецкая Евгения Витальевна, студент (e-mail:[email protected]) Преликова Елена Анатольевна, преподаватель Юго-Западный государственный университет, Курск, Россия
В статье предлагается ознакомиться с правилами и рисками при ведении работ вблизи ЛЭП, изучить основные аспекты безопасного строительства и ремонта жилых помещений близ токоведущих частей ЛЭП.
Ключевые слова: линия электропередач, зона напряжения шага, электротравматизм.
Угроза здоровью и безопасности граждан, которые нарушают границы охранных зон вблизи линий электропередач (ЛЭП), является актуальной проблемой и требует пристального внимания энергетиков, МЧС, контролирующих, правоохранительных органов и органов исполнительной власти.
Весной жители частного сектора и районов ИЖС готовятся к предстоящим работам по строительству и реконструкции домой и хозяйственных построек. Многие зачастую забывают об одной тонкости. Если рядом с участком проходит линия электропередачи, собственнику необходимо обратиться в организацию, которая занимается ее эксплуатацией, чтобы
