Characterization of innovative Integral assembled solar cells for space application

Solar cells intended for space applications need a specific assembly that ensures their protection from the harsh environmental conditions of space. Nowadays, this protective layer consists of a glass, called 'coverglass', glued on the active area of each cell. Its manufacturing process is entirely separated from the solar cell production line, leading to increased costs, long supply time, and limited customization. The need of overcoming these drawbacks has resulted in the development of a new protective layer directly deposited on solar cells, providing both mechanical and optical shielding when exposed to the space environment. The experimental characterization of 'Integral Assembly' (IA) prototypes on triple-junction InGaP/InGaAs/Ge solar cells has been analyzed from both an electrical and mechanical perspective. In this context, the aim of this thesis was the optimization of the IA multilayer optical structure, with particular focus on the oxide layer thicknesses. In the initial phase of the project, numerical simulations based on the Transfer Matrix Method (TMM) were used to improve the oxide evaporation stage involved in the IA procedure. Then, the effectiveness of the IA configuration was evaluated through measurements of electrical parameters in AM0 conditions, spectral analyses, breaking strength tests and UV exposure experiments.

Le celle solari destinate ad applicazioni spaziali necessitano di un assemblaggio specifico che ne garantisca la protezione dalle dure condizioni ambientali dello spazio. Oggigiorno, questo strato protettivo è costituito da un vetro, denominato 'coverglass', incollato sulla zona attiva di ogni cella. Il suo processo di produzione è completamente separato dalla linea di fabbricazione delle celle solari, il che comporta maggiori costi, lunghi tempi di fornitura e un adattamento limitato. La necessità di superare questi inconvenienti ha portato allo sviluppo di un nuovo strato protettivo depositato direttamente sulle celle solari, che fornisce schermatura sia meccanica che ottica quando esposto all'ambiente spaziale. La caratterizzazione sperimentale dei prototipi di Assemblaggio Integrale (IA) su celle solari InGaP/InGaAs/Ge a tripla giunzione è stata analizzata sia da una prospettiva elettrica che meccanica. In questo contesto, l'obiettivo di questa tesi è stato l'ottimizzazione della struttura ottica multistrato IA, con particolare attenzione agli spessori degli strati di ossido. Nella fase iniziale del progetto sono state utilizzate simulazioni numeriche basate sul metodo Transfer Matrix (TMM) per migliorare la fase di evaporazione dell'ossido coinvolta nella procedura IA. Successivamente, l'efficacia della configurazione IA è stata valutata attraverso misurazioni di parametri elettrici in condizioni AM0, analisi spettrali, test di resistenza alla rottura ed esperimenti di esposizione ai raggi UV.