1 扬州大学 电气与能源动力工程学院, 江苏 扬州 225000
2 扬州大学 物理与科学技术学院, 江苏 扬州 225002
钙钛矿材料具有优异的光学性能和较高的载流子迁移率，成为空间太阳能电池领域极具竞争力的材料。然而空间粒子辐照容易改变材料结构和光学性能，导致其性能下降。为了探究电子辐照对CsPbBr3材料结构与光学特性的影响规律，本文开展了CsPbBr3材料电子辐照实验，利用高分辨透射电子显微镜表征CsPbBr3纳米晶微观形貌，并通过X射线衍射分析和X射线光电子能谱分析进一步探究晶体结构的变化趋势。研究发现：电子辐照后CsPbBr3纳米晶形貌变得粗糙，尺寸明显减小，并且纳米晶在高剂量电子辐照下变得紧凑，形成纳米团簇。其次，通过稳态紫外-可见吸收光谱图与光致发光谱图表征CsPbBr3材料的光学性能，并利用第一性原理计算分析辐照后晶格膨胀带来的带隙变化。研究证明电子辐照后纳米晶颜色加深，影响钙钛矿的透光率，进而增强了样品对光的吸收性能，同时电子辐照能够分解CsPbBr3纳米晶，特别是高剂量辐照后其光致发光性能降低了53.7%～78.6%。本文研究结果为钙钛矿纳米晶空间辐射损伤机理及应用研究提供了数据支撑。
CsPbBr3钙钛矿 电子辐照 晶体结构 光学性能 CsPbBr3 perovskite electron radiation crystal structure optical properties
1 西北核技术研究所 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室， 西安 710024
2 湘潭大学 材料科学与工程学院， 湖南 湘潭 411105
3 西安高科技研究所， 西安 710025
4 中国电子科技集团公司第十八研究所， 天津 300384
5 上海空间电源研究所， 上海 200245
文章首先重点介绍了国内外开展GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的电子、质子及其他辐射粒子或射线辐照实验的研究进展，然后从辐照损伤效应的仿真模拟研究、抗辐射加固技术、损伤预估方法等方面综述了GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应及加固技术的研究进展，最后梳理了当前GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应研究中亟待解决的关键技术问题，为深入开展GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应实验方法标准制定、损伤机理分析、在轨寿命预估及抗辐射加固技术研究提供了理论指导和实验技术支持。
GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池 辐照损伤 位移效应 抗辐射加固 电子辐照 质子辐照 GaInP/GaAs/Ge triplejunction solar cells radiation damage displacement effect radiation hardening electron radiation proton radiation
1 北京科技大学新材料技术研究院，北京 100083
2 中国科学院高能物理研究所核探测与核电子学国家重点实验室，北京 100049
3 东莞中子科学中心，广东 东莞 523800
采用高能电子辐照结合真空退火，在金刚石内部形成氮空位色心。对比研究了辐照与退火前后金刚石宏观颜色变化及内部缺陷转变，讨论了不同辐照剂量和真空退火温度对氮空位产率的影响规律。结果显示，氮空位色心浓度随着辐照剂量的增加呈现先升高后降低的趋势，这是由于辐照剂量越高则空位更容易形成空位簇，空位簇在退火过程中不能形成氮空位色心。氮空位色心浓度随退火温度的升高逐渐增加，在800~900 ℃区间达到饱和，当温度继续升高时，氮空位色心浓度反而下降，这源于辐照过程产生的间隙原子在高温下与氮空位的相互作用。
光学器件 氮空位色心 金刚石 电子辐照 退火 光学学报
2022, 42(13): 1316001
1 太原科技大学应用科学学院，太原 030024
2 太原科技大学材料科学与工程学院，太原 030024
3 山西科技学院材料科学与工程学院,晋城 048026
本文利用低温拉曼与光致发光光谱对纯净金刚石晶片的结晶质量、晶体应力分布进行表征分析，并结合电子辐照和快速退火对晶片的杂质缺陷结构开展研究。通过拉曼光谱对金刚石特征峰的表征分析发现，由于金刚石生长机制以及晶片的切割、抛光等因素影响，晶片的边缘与表面应力分布较高。光致发光光谱中的零声子线具有明显的温度依赖性，根据Jahn-Teller效应与电子-声子耦合理论阐明了测试温度变化引起中性单空位缺陷零声子线分裂与红移的机理。对晶片做电子辐照与退火调控处理后，晶片中氮-空位(NV)缺陷显著增多，表明在纯净晶片中氮主要以替代位氮杂质的形式存在。
金刚石 光谱表征 晶体缺陷 色心 电子辐照 退火 diamond spectral characterization crystal defect color center electron irradiation annealing
1 华北电力大学 电气与电子工程学院，北京 102206
2 北京应用物理与计算数学研究所，北京 100094
CCD易受空间环境中高能电子辐射的影响，造成性能下降和工作异常，针对此问题，选取某国产N沟道3相多晶硅交迭栅、帧转移结构CCD开展了电子辐照效应研究。采用三维蒙特卡罗软件FLUKA建立电子辐照CCD的组成材料Si和SiO2模型，仿真模拟电子和材料相互作用的物理过程，计算不同能量电子在Si和SiO2中的总质量阻止本领和射程，与文献理论计算结果对比验证了本文仿真方法的正确性。建立CCD像元阵列的三维模型，模拟计算不同能量电子在CCD中能量沉积过程的影响，以及像元间有无边界对电子在CCD像元中平均原子离位（DPA）的影响，分析了辐照损伤差异产生的机理。结果表明，靠近入射点的像元能量沉积最大处对应的入射电子能量较小；对于无边界像元，电子辐照产生的DPA随入射深度的增加先增加后减小，而在有边界像元中产生的DPA随入射深度的增加先减小后增加，并且随入射深度的增加无边界像元中产生的DPA与有边界像元中产生的DPA差值越来越小。
电荷耦合器件 电子辐照 FLUKA 阻止本领 射程 能量沉积 平均原子离位 CCD electron irradiation FLUKA stopping power range energy deposition displacement per atom 强激光与粒子束
2022, 34(4): 044004
1 中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 宁波 315201
2 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海200050
3 华东师范大学 电子科学系, 极化材料与器件教育部重点实验室, 上海 200062
放电等离子体烧结的AlF3掺杂氧化铝陶瓷在透射电镜(TEM)常规观察条件下发现了一种电子辐照诱导快速相分离行为。在透射电镜的电子辐照下, 球形纳米晶Al颗粒在几秒钟内从原始氧化铝晶粒表面析出。高分辨TEM观察结合衍射花样分析发现原始的F掺杂氧化铝晶粒表面为高度缺陷态, 电子辐照后, 随着Al纳米颗粒析出, 氧化铝晶粒表面的缺陷消失。通过对掺杂过程缺陷反应及氧化铝阳离子亚晶格的深入分析, 提出了一种缺陷辅助间隙原子偏析机理来解释这一现象。即掺杂F离子首先占据氧空位的同时Al离子占据间隙位, 当氧空位被全部占据时, F和Al离子同时占据基体八面体间隙位, 并形成了亚稳定的掺杂态。在氧化铝基体1/3 [11ˉ00]不全位错的作用下, 畸变的阳离子亚晶格产生双聚八面体间隙位。当这些双聚八面体空位被外来Al离子占据时, 正如高分辨图像所观察的, 形成了包含有三个原子层左右的堆垛层错。同时, 沿着层错偏聚在双聚八面体位的掺杂Al离子扮演了析出物早期的角色, 在电子辐照下随着F离子的烧蚀, 不稳定的偏聚Al离子析出成为纳米颗粒并伴随着基体氧化铝的晶格重构。
电子辐照 相分离 AlF3 AlF3 Al2O3 Al2O3 TEM TEM electron irradiation phase-separation
1 云南师范大学太阳能研究所, 云南 昆明 650500
2 中国科学院新疆理化技术研究所, 新疆 乌鲁木齐 830011
为获得包含布拉格反射器的太阳电池在电子辐照下的退化规律与机制,利用光学膜系软件Macleod设计出适用于晶格失配的GaInP/Ga(In)As/Ge三结太阳电池的布拉格反射器结构,并对嵌入该结构的三结太阳电池开展1 MeV的高能电子辐照实验,最后结合数值拟合方法对电池电学性能的退化进行了详细分析。结果表明:在布拉格反射器结构区域,最高反射率的理论值与实验值基本相符;随着辐照注量增大,三结电池各项电学参数的退化越发严重,短路电流退化率大于开路电压,三结电池在长波方向的外量子效率(EQE)退化逐渐严重,并且子电池Ge短路电流的退化率大于其他子电池;在相同的辐照条件下,随着辐照注量增大,布拉格反射器结构带宽区域的最高反射率逐渐衰减,但在辐照注量低于2×1 e/cm 2时仍能提升短路电流,说明布拉格反射器结构对抗辐照具有积极作用。
薄膜 电子辐照 太阳电池 布拉格反射器 电学参数 光学学报
2020, 40(16): 1631001
1 中国科学院 新疆理化技术研究所, 中国科学院 特殊环境功能材料与器件重点实验室, 新疆电子信息材料与器件重点实验室, 新疆 乌鲁木齐 830011
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 云南师范大学 能源与环境科学学院, 云南 昆明 650500
4 新疆大学 物理科学与技术学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
为研究GaAsN/GaAs量子阱在电子束辐照下的退化规律与机制, 对GaAsN/GaAs量子阱进行了不同注量(1×1015, 1×1016 e/cm2)1 MeV电子束辐照和辐照后不同温度退火(650, 750, 850 ℃)试验, 并结合Mulassis 仿真和GaAs能带模型图对其分析讨论。结果表明, 随着电子注量的增加, GaAsN/GaAs量子阱光学性能急剧降低, 注量为1×1015 e/cm2和1×1016 e/cm2的电子束辐照后, GaAsN/GaAs量子阱PL强度分别衰减为初始值的85%和29%。GaAsN/GaAs量子阱电子辐照后650 ℃退火5 min, 样品PL强度恢复到初始值, 材料带隙没有发生变化。GaAsN/GaAs量子阱辐照后750 ℃和850 ℃各退火5 min后, 样品PL强度随退火温度的升高不断减小, 同时N原子外扩散使得样品带隙发生约4 nm蓝移。退火温度升高没有造成带隙更大的蓝移, 这是由于进一步的温度升高产生了新的N—As间隙缺陷, 抑制了N原子外扩散, 同时导致GaAsN/GaAs量子阱光学性能退化。
稀氮 光致发光 电子辐照 退火 dilute nitride photoluminescence electron irradiation GaAsN GaAsN annealed
兰州大学 化学化工学院 功能有机分子化学国家重点实验室, 甘肃 兰州 730000
块状材料锑粒通过液相剥离成功制备了锑烯纳米片。采用扫描电镜、紫外-可见吸收光谱和拉曼光谱对所制锑烯进行了表征, 制备的锑烯纳米片展现出从紫外区到可见光区的宽谱吸收, 并且展现出锑的拉曼特征峰, 微观结构上展示出二维纳米片状的独特结构。利用Z-扫描技术对所制样品的三阶非线性光学性质测试发现, 在脉冲宽度为4 ns、波长为532 nm的激光光源激发下, 锑烯展示出饱和吸收的性质, 其非线性吸收系数β为-7.86×10-11 m/W。通过对样品进行电子辐照, 成功获取了具有光限幅性质的二维锑烯。辐照后的锑烯展示出反饱和吸收的性质, 非线性吸收系数β为8.69×10-11 m/W。
锑烯 电子辐照 光限幅 antimonene electron irradiation optical limiting 红外与激光工程
2019, 48(11): 1103004
陆军工程大学石家庄校区 电磁环境效应国家级重点实验室, 石家庄 050003
为了研究聚四氟乙烯材料(PTFE)在空间粒子环境中放电规律及其影响因素, 通过实验获得了高真空低能电子辐照下PTFE高压直流沿面闪络电压, 并采用等温电位衰减法测试了PTEE在辐照前及辐照后的陷阱密度, 分析了影响PTEE沿面闪络电压的因素。研究结果表明: 相比于无辐照时PTFE沿面闪络电压, 当辐照电子能量为19～25 keV时, 闪络电压明显更高; 在电子束流密度不变的情况下, 电子能量越高, 材料表面正电荷密度越小, 陷阱密度与电导率越大, 电场畸形程度越小, 因此闪络电压升高; 当电子能量一定时, 束流密度越高, 初始电子数量和二次电子数量越多, 因此闪络电压降低。
聚四氟乙烯 电子辐照 高压直流 沿面闪络 电子能量 束流密度 polytetrafluoroethylene electron irradiation high voltage direct current flashover electron energy electron beam density 强激光与粒子束
2018, 30(11): 114002
