¿Por qué las células solares de tipo p son más propensas a degradarse en el espacio que las de tipo n?

Question

¿Por qué las células solares de tipo p (sustrato dopado con boro) son más propensas a degradarse en el espacio que las de tipo n (sustrato dopado con fósforo)?

Todas las fuentes que he consultado afirman simplemente que se descubrió que los de tipo p se degradan más lentamente, de ahí que se utilizaran para aplicaciones espaciales.

1. ¿Cuál es la principal radiación dañina del sol?
2. ¿Por qué es más perjudicial para los p-type que para los n-type?

Answer 1

El entorno de radiación espacial es un tema bastante complejo. En general, hay que tener cuidado con sólo donde en el espacio que le preocupa: órbita cercana a la Tierra (dentro de los cinturones de Van Allen), fuera de los cinturones, paso regular por los cinturones, interplanetario, etc.

Dicho esto, las tres principales áreas de preocupación son los protones del viento solar, los electrones del viento solar y los rayos cósmicos del resto del universo. A efectos de pruebas, los estándares para el viento solar son protones de 10MeV y electrones de 1MeV. Me centraré en ellos a efectos de esta respuesta.

Cuando los protones o los electrones chocan contra una célula solar, se dirigen de alguna manera y pierden energía a través de interacciones con los electrones y los núcleos (parada electrónica y nuclear, respectivamente). En el mejor de los casos, las excitaciones electrónicas producen un poco más de corriente en la región de agotamiento. Las interacciones con los núcleos son más problemáticas: cualquier partícula puede transferir suficiente energía a un núcleo como para desplazarlo de un lugar de la red cristalina (los protones son unas 1000 veces más eficaces que los electrones porque su masa es mucho mayor). Por tanto, a medida que la célula acumula dosis, más y más átomos se desplazan de su sitio.

Bien, ¿qué hace eso? Pues bien, los defectos puntuales en los semiconductores suelen crear estados electrónicos de brecha media que permiten la recombinación de portadores. Además, los defectos puntuales (vacantes e intersticiales) pueden combinarse con otros defectos puntuales o impurezas para formar defectos más complejos, que pueden ser incluso mejores centros de recombinación.

De especial relevancia para su pregunta es el impacto del boro. Citando a T. Hisamatsu et al. Radiation degradation of large fluence irradiated space silicon solar cells (1998) :

Se dice que los defectos inducidos por la radiación asociados a átomos de boro forman centros de recombinación para el electrón portador minoritario y se dice que este fenómeno causa la degradación en las regiones de baja fluencia. Por lo tanto, el uso de sustratos altamente dopados con boro con el fin de evitar la caída repentina del rendimiento de la célula no debería ser un medio adecuado para dotar a las células de una mayor tolerancia a la radiación.