[科普中国]-掺锂太阳电池

为提高太阳电池的抗辐射性能，可以制作掺锂太阳电池（lithium-doped solar cell）。这种电池在辐照后能自行恢复，故引人注目。锂在硅中有较高的迁移率，它进入基区可与辐照产生的缺陷发生反应，从而减轻辐照对寿命的影响。1

简介为提高太阳电池的抗辐射性能，可以制作掺锂太阳电池（lithium-doped solar cell）。这种电池在辐照后能自行恢复，故引人注目。锂在硅中有较高的迁移率，它进入基区可与辐照产生的缺陷发生反应，从而减轻辐照对寿命的影响。1

太阳电池的辐射效应太阳电池目前主要应用在人造卫星和宇宙飞船上．外层空间的高能粒子（如电子、质子、γ粒子等）会在半导体中产生缺陷，使太阳电池输出功率下降。因此，必须预先估计太阳电池的有用寿命。电池的有用寿命是指它能发出人造卫星正常工作所必需的电力的时间。

辐照对太阳电池性能的影响由粒子辐照传给晶格原子的能量大于某一阈值（对硅来说，此值为13电子伏）时便使晶格原子发生位移，并产生夫兰克尔缺陷对。在与硅原子的碰撞中要传递这样大小的能量，入射电子必须具有145千电子伏的能量，而较重的入射质子需要98电子伏，a粒子则只需30电子伏。这些缺陷使半导体的表面复合情况、电导和寿命都将发生变化。大量研究工作表明，寿命参数对辐照缺陷最为灵敏，在其他参数尚未发生重要变化之前，寿命的变化已足以使器件失效。

如何提高太阳电池的抗辐射性能由于N/P电池比P/N电池有更好的抗辐性能，故从1964年以来在轨道经过地球辐射带的大多数飞行器上都采用N/P电池。有人指出，N/P电池基区掺入适量的铜可改进抗辐射能力，辐照产生的铜一空位复合体对复合过程的影响，比不掺铜电池的复合中心对复合过程的影响小。

同时，人们从多方面对P/N电池进行了抗辐射的研究。采用过量设计，即装配数量较多的电池，使输出功率高于要求值，并采用厚的盖玻片，以提高抗辐射能力的方法都未能从根本上解决问题．目前正在研究并逐步使用的有如下四种方法：

第一个方法是在电池使用过程中进行热退火。据报导，由电子辐照引起的损伤可用此方法消除，而对质子辐照引起的损伤，退火后损伤的消除不如电子辐射损伤消除的彻底。此法的缺点是增加退火设备使设计复杂。第二个方法是在电池基区引入杂质浓度梯度形成漂移电场，使受辐照后降低了寿命的少数载流子由于受到扩散和漂移的双重作用仍能达到PN结。第三种方法是在基区掺入铝、镓、铟、铁、铜等P型杂质。第四种方法是制作掺锂的太阳电池。这种电池在辐照后能自行恢复，故引人注目。锂在硅中有较高的迁移率，它进入基区可与辐照产生的缺陷发生反应，从而减轻辐照对寿命的影响。1

太阳电池半导体太阳电池是直接把太阳能转换成电能的器件．因为它利用各和势垒的光生伏特效应，所以也称为光生伏特电池，简称光电池。光生伏特效应是1839年培克雷尔（Becqurel）首先在电解槽中发现的。1883年夫利兹（Fritts）描述了第一个用硒制造的光生伏特电池。1941年奥勒（Ohl）制出单晶硅生长结光电池。1954年美国贝尔电话实验室制出了第一个实用的硅太阳能电池。原则上讲，各种半导体材料都能用来制作太阳电池，如硒、硅、硫化镉、碲化镉、砷化镓、磷化铟、锑化铝等。此外尚有多晶和无定形薄膜材料。无定形硅太阳电池作为一种低成本太阳电池现在逐渐受到重视，世界各国都在大力研究。目前，有实用价值的主要是硅太阳电池，其次是硫化镉和砷化镓太阳电池。其他材料和结构的太阳电池尚处于研究阶段。

在人类生活中，太阳是“取之不尽用之不竭”的巨大能源。尽管太阳和地球平均相距14950万公里，而且地球只能得到太阳辐射能量的22亿分之一，但每年到达地球陆地上的总能量仍有9.5×1017千瓦小时。所以，研究太阳能利用是当代的重大课题之一。半导体太阳电池是太阳能利用的一个重要方面。

太阳电池的应用日益广泛，已成为宇宙飞船、人造卫星、行星际站的重要长期电源。在地面上已作为无人气象站、无人灯塔、微波中继站的电源和自控系统的光电元件。太阳电池的优点是寿命长、效率高、性能可靠。缺点是成本高。1

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学