[发明专利]基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法

说明书

一种基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，属于太阳电池微电子技术领域。本发明针对现有太阳电池由于空间带电粒子的辐照会产生辐照缺陷，进而造成太阳电池I‑V特性退化的问题。它根据原单晶Si太阳电池的结构参数，确定离子的欲注入位置，并根据欲注入位置模拟确定离子的能量和射程；然后模拟离子注入过程中的目标I‑V变化曲线，当目标I‑V变化曲线的变化量小于原单晶Si太阳电池I‑V变化曲线的10％时，记录离子注入量；再计算离子注入机的离子源电压、离子束电流和离子注入时间；设置离子注入机，对原单晶Si太阳电池进行离子注入并进行退火处理，实现对原单晶Si太阳电池的抗位移辐照加固。本发明用于单晶Si太阳电池的加固。

技术领域

本发明涉及基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，属于太阳电池微电子技术领域。

背景技术

单晶Si太阳电池是光电转换效率最高的硅基太阳电池，相比于效率更高的砷化镓(GaAs)太阳电池具有成本低质量轻的优势，因此广泛应用于低成本小型航天器电源系统中。目前单晶硅太阳电池的制备技术已基本成熟，但随着航天事业迅猛发展，太阳电池将面临更复杂的空间服役环境，这要求航天器空间电源系统具备更长的服役时间，而现有单晶硅太阳电池无法满足使用要求。由于影响空间太阳电池性能的最主要环境因素是空间带电粒子(不同能量电子/质子)辐照环境，因此需要针对如何提高抗辐照性能对单晶Si太阳电池进一步优化。

空间辐照效应中对单晶硅太阳电池影响最严重的是位移辐射损伤。入射粒子与靶材原子相互作用，导致靶材原子晶格点阵发生变化(局部)而产生位移辐射效应。当入射粒子与靶材原子发生交互作用时，可在靶材中产生空位、间隙原子及相关缺陷等体损伤。这些间隙原子和空位会再次发生交互作用，形成更为复杂的缺陷。其涉及的物理过程比较复杂，最终的结果是形成复合中心。以单晶Si太阳电池为例，辐射缺陷主要是导致有源区内的有效载流子被辐射缺陷俘获，使得有源区内的有效载流子浓度大幅降低，有效载流子寿命降低，从而造成I-V特性的退化。能够产生位移损伤的带电粒子辐照注量越大，在单晶Si材料内形成的复合中心数量越多，造成的性能退化也就愈加严重。

因此，针对以上不足，需要提供一种方法，使太阳电池在空间带电粒子辐照环境中内部的位移辐射缺陷能够保持稳定，不因辐射注量的增大而明显变化，从而提高单晶Si太阳电池的抗辐照能力。

发明内容

针对现有太阳电池由于空间带电粒子的辐照会产生辐照缺陷，进而造成太阳电池I-V特性退化的问题，本发明提供一种基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法。

本发明的一种基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一：根据原单晶Si太阳电池的结构参数，确定离子的欲注入位置，并根据欲注入位置模拟确定离子的能量和射程；

步骤二：将所述离子注入原单晶Si太阳电池，模拟离子注入过程中的目标I-V变化曲线，当目标I-V变化曲线的变化量小于原单晶Si太阳电池I-V变化曲线的10％时，记录离子注入量；

步骤三：根据离子的能量和离子注入量，计算离子注入机的离子源电压、离子束电流和离子注入时间；

步骤四：设置离子注入机，并通过离子注入机对原单晶Si太阳电池进行离子注入；

步骤五：对完成离子注入的单晶Si太阳电池进行退火处理，实现对原单晶Si太阳电池的抗位移辐照加固。

根据本发明的基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，所述原单晶Si太阳电池的结构参数包括原单晶Si太阳电池各部分的材料、密度、掺杂浓度及厚度。

根据本发明的基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，所述离子为硅离子。

根据本发明的基于衬底深层离子注入的单晶Si太阳电池抗位移辐照方法，所述离子源电压V的计算方法为：