Курсоваробота
Натему
Впливкосмічної радіації на сонячні батареї штучних супутників Землі і способизахисту
Зміст
Введення
Космічна радіація
Радіаційна деградація ФП і СБ
Деградація оптичних параметрів ФП
Висновок
Таблиці
Список літератури
Введення
Досвідексплуатації сонячних батарей на супутниках показав, що існуючі внавколоземному космічному просторі потоки корпускулярної радіації надаютьсильне руйнуючий вплив на фотоелементи. [1] Корпускулярнарадіація складається з:
-Космічнихпроменів, що мають галактичне походження, що складаються в основному з протонів, атакож легких ядер (мають низьку інтенсивність і тому не небезпечні для сонячнихбатарей).
-Космічнихпроменів, що з'являються в результаті спалахів на Сонці. Триває таке випромінювання відкількох годин до доби і складається, в основному, з протонів. Спостерігається через2-3 роки після максимуму 11-річного циклу сонячної активності.
-Частинки,захоплені магнітним полем землі. Вони становлять найбільшу небезпеку длясонячних батарей, так як вони діють безперервно.
В залежностівід висоти орбіти супутника, перераховані фактори впливають по-різному.Відповідно, і методи захисту будуть різними.
Космічнарадіація
У 50-і роки вкосмічному просторі встановлено наявність потоків заряджених частинок(Електронів, протонів, О±-частинок), захоплених магнітним полем Землі. Втаблиці 1 вказаний склад космічного корпускулярного випромінювання в залежності відвисоти польоту КА.
Щільністьрадіаційних потоків та енергія містяться в них частинок розподілена вкосмічному просторі нерівномірно. Найбільша щільність частинок відзначена вдвох ділянках простору, званих радіаційними поясами Землі.Виникнення їх зумовлено магнітними полюсами нашої планети. Воно захоплюєпотрапляють в нього заряджені частинки, в результаті чого магнітосфера землізаповнюється електронами, протонами, а також іонами різних енергій. Їх сукупністьутворює радіаційні пояси, умовно розділяються на зовнішній і внутрішній.Положення їх у просторі можна виразити величиною L, відповідневідстані до осі формує магнітне поле Землі диполя. Ця величинавиражена в одиницях радіуса Землі - 6370 км. Зазначені пояса розташованісиметрично відносно земної поверхні внаслідок як зміщення диполявідносно осі Землі, так і наявності Південно-Антарктичної магнітної аномалії.Внутрішній пояс розташований в інтервалі I, 2
Основнимнегативним впливом космічної радіації є створення додатковихцентрів рекомбінації шляхом зміщення атомів напівпровідникового матеріалу ФП вмеждоузлии. Найбільший ефект викликають електрони з енергією 0,2 ... 1,0 МеВ іпротони з енергією 4 ... 40 МеВ.
Протоннаскладова радіації поясів стабільна в часі. При цьому простороверозподіл потоків протонів не збігається з електронним. У підсумку максимальнаінтенсивність протонів з енергіями 1 ... 2 МеВ відзначена в зазорі між поясами,причому із зростанням енергії цих частинок вона зміщується ближче до Землі.
Радіаційніпояси є і у інших планет Сонячної системи. Сильне магнітне полеЮпітера, магнітосфера якого поширюється на відстань приблизно 100 йогорадіусів, створює інтенсивні потоки заряджених частинок. Дуже великі потокиелектронів високих енергій у внутрішньому поясі цієї планети (L <10Rюп) майже відсутні врадіаційних поясах Землі. У зовнішньому радіаційному поясі (20Rюп> L> 100Rюп) інтенсивністьпотоків знижується на 3 - 4 порядку, але все ж вони можуть становити небезпекудля сонячних батарей КА, що направляються до цієї планети. Магнітним полем володієі Меркурій, але воно значно слабше земного і не створює зон стабільногозахоплення заряджених частинок. Тим не менше в магнітосфері цієї планетизареєстровані потоки електронів з енергіями більше 0,3 МеВ, що значноперевищує фоновий рівень міжпланетного простору.
Джереломрадіаційного впливу на СБ КА може бути так само і сонячне космічне випромінювання,виникає в результаті спалахів на сонці. Це явище супроводжується викидомвеликої кількості протонів. Частота цих спалахів визначається фазою11-річного циклу сонячної активності і носить сезонний характер, причомумаксимуми припадають на весну й осінь.
Сонячнікосмічні промені становлять особливу небезпеку в міжпланетному просторі, такяк в близи Землі їх екранує магнітосфера нашої планети.
Впливкосмічного ультрафіолетового випромінювання. УФ-складова сонячного випромінюванняпогіршує як характеристики входять до СБ фотоперетворювачів, так і параметрипасивних елементів схеми.
Радіаційнадеградація ФП і СБ
Сукупнадія космічної радіації на ФП призводить, головним чином, до зниження струмукороткого замикання, пов'язаному зі зменшенням часу життя і дифузної довжининосіїв заряду. Це обумовлено виникненням під дією радіаціїдефектів кристалічної решітки бази ФП, які є центрами рекомбінації.Припускають, що їх концентрація лінійно залежить від дози випромінювання:
Nрад = К0Ф0
де К0-числоцентрів, створюваних кожною частинкою на одному сантиметрі пробігу, Ф0-сумарнийза часом потік. Час життя або швидкість рекомбінації в об'ємі для цьоговипадку можна записати в наступному вигляді:
1/П„ = 1/П„0+ КП„ Ф
де П„0-вихіднечас життя носіїв заряду, Ф-доза опромінення, КП„-постійнийкоефіцієнт. Величина КП„ Ф визначає збільшення швидкості рекомбінації,викликане радіацією. Аналогічне вираз можна записати і для дифузноїдовжини:
1/L2 = 1/L20 + KL Ф
де L0-дифузна довжина ввихідному матеріалі, KL = КП„/D, де D-коефіцієнт дифузії, що не залежить від опромінення. Значення,KL для протонів іелектронів різних енергій наведені в таблиці 2. [3]
Зменшенняструму короткого замикання при радіаційному впливі призводить до зміщенняробочої точки ВАХ ФП в бік меншого значення максимальної потужності, щовідповідає зниженню ККД і вихідної потужності.
При опроміненніФП корпускулярним частками: зменшується час життя носіїв заряду вбазової області. Початкове значення час життя заряду становить кількамікросекунд, а в легованої області - близько 10 в -9 секунд. Його зменшенняспостерігається тільки при дуже великих потоках частинок.
огляду на те,що в напівпровідникових матеріалах рухливість електронів вище рухливостідірок, і дифузні довжини генерованих світлом електронів в кремнії p - типу більше, ніж длядірок у матеріалі n-типу, дірковий кремній виявляється більш радіаційно стійким, ніжкремній n-типу. Тому в кремнієвих ФП космічного призначення матеріал бази маєдіркову провідність.
Впливпротонів на кремній приводить до виникнення точкових дефектів, так і областейзнеміцнення. Необхідно враховувати їх спільне незалежне дію:
Kдеф = КТА + КОР
КТА -коефіцієнт, що враховує вплив точкових дефектів.
КОР-коефіцієнт, що враховує вплив областей розупорядкування напівпровідниковогоматеріалу.
Конкретневплив опромінення зарядженими частинками на характеристики ФП залежить відвиду частинок і їх енергії. Наприклад, частинки високих енергій значнозменшують величину фотоструму в червоній області спектру. Оскільки довжина їхпробігу досить велика, це явище можна пояснити зменшенням дифузноїдовжини нос...
