SEM.｜面向低轨道空间应用，柔性 IMM3J 太阳能电池能否抵抗高能质子辐照？

1. 空间环境下多结太阳能电池面临的
高能质子辐射瓶颈

柔性反向变质（IMM3J）多结太阳能电池具有较高的功率重量比，但在低地球轨道等空间环境中运行时，会受到高能质子辐照影响。

高能粒子在 III-V 族化合物半导体内引发晶格空位与深能级缺陷，形成非辐射复合中心，导致电池的开路电压（Voc）、短路电流密度（Jsc）与光电转换效率发生不可逆的衰退。

2. 5 MeV 质子辐照模拟与
深能级缺陷探测策略

为分析粒子辐照对空间多结太阳能电池的微观损伤机制，研究团队针对柔性 IMM3J 太阳能电池及其单结子电池开展了 5 MeV 质子辐照实验,并依据空间太阳能电池测试指南将位移损伤剂量换算为质子剂量，以此模拟空间辐射环境。

实验结合深能级瞬态谱（DLTS）与 SRIM 模拟，系统追踪缺陷能级的演化与空位分布，分析辐射对器件深层物理机制与电流匹配的影响。

3. 柔性 IMM3J 电池抗辐照性能与
限流结转移之主要成果

确认了 5 MeV 质子辐照对电池参数的损伤差异,观察到 Voc 的退化幅度大于 Jsc，表明辐照诱发的表面与界面缺陷增加了载流子复合率（Fig. 5）。

证实 IMM3J 结构具备限流结转移特性,随辐照剂量增加，限流结从 GaInP 顶电池转移至 InGaAs 底电池，维持了寿命末期的电流匹配并减少失配损失（Table 3）。

分析了导致性能衰退的深能级缺陷来源,指出 GaAs 子电池主要产生 H1 能级（Ev+0.227 eV），而 InGaAs 底电池则生成多个深能级复合中心，主导整体器件的劣化（Fig. 13、Table 5、Table 6）。

4. 研究发表团队与期刊信息

该研究由贵州师范大学 A. Aierken 与中山宇之源太阳能科技 X.B. Zhang 团队合作完成。相关研究成果发表于光电领域期刊《Solar Energy Materials and Solar Cells》。

5. AM0 光谱下的光电性能与暗电流参数演化分析

为评估质子辐照对器件电学特性的影响，研究团队测量了不同辐照剂量下的 J-V 曲线与暗电流，结果显示 IMM3J 电池的 Voc 与 Jsc 均发生劣化，通过拟合确认 Voc 对辐射损伤更为敏感。

进一步采用双指数模型拟合暗电流数据表明，质子辐照引入了大量点缺陷与缺陷团簇，这些缺陷增加了载流子散射概率并形成漏电通道。

这导致器件的串联电阻与复合电流上升，并联电阻下降,反映了质子损伤对载流子输运与复合机制的影响（Fig. 6）。

6. 外部量子效率与光谱响应退化之测量分析

在外部量子效率（EQE）与积分电流一致性核验中，研究团队采用 Enlitech QE-R 系统追踪各子电池的光谱响应变化。

分析发现，光谱退化主要集中在长波长区域，退化程度依次为 InGaAs > GaAs > GaInP(Fig. 7)。这是因为长波长光生载流子需经过较长距离输运，易被基区内部产生的高密度辐照缺陷捕获并发生非辐射复合。

此外，未辐照的 GaAs 全结构子电池 EQE 曲线中观察到荧光耦合效应，但辐照后因 GaInP 层转为非辐射复合，该信号随即消失（Fig. 12）。

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7. 深能级瞬态谱对微观缺陷之探测与验证

为分析 Voc 损失与非辐射复合的微观来源，研究团队利用 DLTS 技术追踪各子电池在辐照过程中的深能级缺陷。

分析过程排除了外延工艺缺陷的干扰，确认 InGaAs 子电池内出现的 Ev+0.151 eV、Ev+0.211 eV 与 Ev+0.547 eV 等深能级均由高能质子辐照诱发(Fig. 13)。

这些深能级缺陷的浓度随辐照剂量呈单调递增趋势，直接对应少数载流子寿命缩短与长波长光谱响应衰退现象（Table 6）。

8. 研究总结与航天太阳能电池应用展望

该研究分析了 5 MeV 质子辐照对柔性 IMM3J 太阳能电池的物理损伤机制，确认 InGaAs 底电池抗辐照能力较弱是导致整体性能衰退的主要因素。

实验结果表明，IMM3J 结构的限流结转移设计可抵抗高能质子引起的电流失配，使其在经历辐照后仍能维持电流匹配。这些基于深能级缺陷与光谱退化的物理数据，为后续改良高抗辐照能力的轻型航天太阳能电池提供了科学参考。