太阳能电池失效原因：能量电子作用空间

目前，国内研究粒子辐射对太阳能电池损伤主要集中在高能质子与电子的辐射损伤。大量辐照试验表明，电子对太阳能电池的损伤主要通过电离效应和位移效应，不同电子能量，其对太阳能电池影响的主要机制不同，低能电子主要以电离效应为主，而电子能量较大，与材料进行交互作用时，位移效应也会变得相当明显。电子辐照太阳能电池主要会使电池的短路电流、开路电压、光电转化效率以及最大输出功率发生恶化，当辐照剂量逐步增大时，太阳能电池甚至失效。

1.电离效应

电子入射到半导体器件内部时，它们通过电离过程使一些束缚电子从材料价带激发到导带，产生大量的电子-空穴对，形成致密的电离迹径。若入射粒子的能量比禁带宽度大许多，被激发的电子获得的能量比达到导带所需要的能量多，初始电离电子和空穴往往具有相当大的动能，会通过如产生次级电子-空穴对（次级电离）或者以热能方式交给晶格，等等，迅速损失多余能量，降回到导带底或价带顶，变成热化电子或空穴。这些电子-空穴对对半导体器件的性能产生影响，严重时甚至可使半导体器件失灵。

2.位移效应(www.xing528.com)

入射粒子与物质原子核发生碰撞，将一部分能量传递给晶格原子，当这部分能量超过原子位移阈能时，将导致晶格原子离开正常的晶格位置成为间隙原子，而在原来晶格位置留下一个空位，形成所谓的Frenkel 缺陷。稳定的缺陷会在半导体材料禁带中引入一些深能级俘获陷阱和浅能级俘获陷阱。浅能级陷阱将导致多子的复合，使多子浓度降低；而深能级陷阱将导致少子寿命降低，迁移率退化。一般来说，位移损伤对光电器件（太阳能电池）危害较大［30］。

同时，辐射在半导体材料中产生的空位-间隙原子扰乱了晶格的完整性，使系统处于激发状态，这种状态是不稳定的。Frenkel 缺陷在温度为100 K 以上时，空位-间隙原子可以在晶体内运动，可能发生复合（或湮灭）或沉陷于沟壑（指表面、位错、层错等）而被“冻结”，还可能彼此结合成稳定缺陷（如双空位V-V）等。空位和间隙分开的距离小于约5 个原子间距，则点阵形变足以促使它们自发地湮没，这种作用会使系统重新恢复到稳定状态［31］。