作为卫星能源系统中的关键部件，太阳能电池的可靠性对卫星的正常运转至关重要。而高功率微波（HPM）作为电磁脉冲中的一种，可以通过“前门”或“后门”耦合进入电子系统，从而影响其正常工作甚至导致其严重故障。通常，太阳能电池中暴露外部的阴极细线可被视为天线，所以HPM通过阴极耦合到内部并产生高振幅电流脉冲，影响内部电子器件的正常运行，甚至影响航天器的电子系统，比如卫星太阳翼，从而影响航天器的可靠性和寿命。因此，研究太阳能电池的HPM响应特性非常重要。在太阳能电池中，硅太阳能电池、高效率GaAs太阳能电池、多结太阳能电池或其组合多应用于卫星。其中，硅太阳能电池由于制备技术成熟、价格低廉等因素，较早应用于卫星中；而砷化镓太阳能电池光电转换率较高，耐辐射性和高温性较好，如今在卫星太阳能电池中占有重要地位。目前，关于两种太阳能电池的高功率微波响应特性研究非常少。

近日，西安电子科技大学柴常春教授课题组对两种太阳能电池不同HPM下的响应特性进行了分析探讨。结果表明，两种太阳能电池在热点分布和损伤机理上有异同之处，与注入HPM信号的幅值有关。硅太阳能电池上有一个热点，最终在阴极附近由于焦耳热积累被烧毁，且注入信号的负半周对太阳能电池的损耗贡献最大。相同条件下，砷化镓太阳能电池有两个热点，一个类似于硅太阳能电池，另一个靠近其阳极背表面场，主要烧毁机理为雪崩击穿，其烧毁脉冲宽度小于硅太阳能。当HPM的频率不变，幅值降低至一定阈值179.94 V以下，GaAs太阳能电池的热点烧毁的主要机理从雪崩击穿转变为焦耳热积累，且烧毁脉宽高于硅太阳能电池。此外，发现与载波频率相比，占空比高的重频更有助于太阳能电池的烧毁，尤其是当温度达到1000 K时，硅太阳能电池更可能被烧毁。

本研究为今后损伤评估技术和提高太阳能电池可靠性提供一定的参考，并为其应用防护和太阳能电池材料的选择提供建议。

该文章以题为“High-power microwaves response characteristics of silicon and GaAs solar cells”发表在Journal of Semiconductors上。

图1.（a）硅太阳能电池热点处电场方向分布图；（b）砷化镓太阳能电池热点分布图；（c）HPM信号幅值变化图，及硅太阳能电池的峰值温度随时间变化图；（d）HPM信号幅值变化图，及砷化镓太阳能电池的峰值温度随时间变化图。

图2. 不同占空比或载波频率的重频幅值变化图，以及注入信号后两种太阳能电池的温度变化图。（a）载波频率相同，占空比为25%；（b）载波频率相同，占空比为75%；（c）占空比相同，载波频率为2 GHz；（d）占空比相同，载波频率为5 GHz。

文章信息：

High-power microwaves response characteristics of silicon and GaAs solar cells

Xiangrui Meng, Changchun Chai, Fuxing Li, Yi Sun, Yintang Yang

J. Semicond. 2022, 43(11): 112701 doi: 10.1088/1674-4926/43/11/112701

Full Text: http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/43/11/112701

来源：半导体学报