高发电效率空间太阳电池结构制造技术

本发明专利技术公开了一种空间太阳电池结构，其特征在于，在已有空间太阳电池表面的减反射膜位置上镀制一种改进的减反射膜，该改进的减反射膜的折射率从基底的折射率n

High power efficiency space solar cell structure

The invention discloses a space solar cell structure, which is characterized in that on the surface of existing space solar cell antireflective film deposited on the position of an improved antireflection film, antireflection film improved the refractive index of the substrate from the refraction rate of n

【技术实现步骤摘要】
高发电效率空间太阳电池结构
本专利技术属于空间能源利用
，具体而言，本专利技术涉及一种高发电效率的太阳电池结构，特别是空间太阳能利用的电池结构。
技术介绍
现有的空间太阳电池主要有硅太阳电池、单结砷化镓太阳电池、三结砷化镓太阳电池以及多结砷化镓太阳电池等。由于硅和单结砷化镓太阳电池只能吸收特定光谱范围的太阳光，其转换效率不高。因此，用不同带隙宽度的Ⅲ-V族材料制备成多结太阳电池.让其分别选择性地吸收和转换太阳光谱的不同于域，从而大幅度提高太阳电池的光电转换效率。三结砷化镓太阳电池是目前空间用太阳电池阵的主要电池基元，它由顶电池、中电池和底电池组成，利用GaInP2、GaAs、Ge三个垂直串连的pn结对分别对太阳能进行光电转换，结构参见图1。分别对300nm～660nm、660nm～900nm、900nm～1800nm波段的光进行吸收，三个子电池通过隧穿结串联，光电转换效率在28％左右，最高可达到40％以上。通过更多结的砷化镓太阳电池串联，可以得到更好的光电转换效率。然而，现有技术中的三结砷化镓太阳电池存在成本昂贵，光电转换效率有待提高等关键问题。为此，可以通过GalnP2顶电池结构的优化、中间子电池的性能改进、改善电池材料间的晶格匹配、隧穿结结构优化设计、减反射膜设计优化等五个方面的措施来解决光电转换效率的问题。同时，随着温度的升高，三结砷化镓太阳电池的效率也存在一定的下降，通常认为其温度系数为-0.29％W/℃。因此，提高减发射膜的性能是提高三结砷化镓太阳电池光电转换效率的重要途径。通常，减反射膜的设计是根据薄膜干涉原理，应用有关计算公式，确定适宜的减反射膜的厚度和折射率，然后根据理论分析得到的折射率去寻找相应的减反射膜材料，选定减反射膜材料时还需综合考虑材料吸收率是否足够小，物理和化学性质是否稳定以及制备工艺的可行性，最后再利用选定的材料参数再次利用理论模型进行计算优化厚度。空间三结砷化镓太阳电池的减反射膜一般采用双层减反射膜膜系，即利用两种高低折射率材料，如TiOx/SiOx，来制备减反射膜，其光谱反射率通常在400nm～900nm之间可满足小于5％，在500nm～800nm之间可小于3％。减反射的波段相对较窄，其光谱图参见图2。由此可见，现有技术中的空间三结砷化镓太阳电池的发电效率受到减反射膜波段窄的限制，发光效率低下，为此，有必要寻求解决的技术手段来提高其发电效率。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种空间太阳电池结构，该电池结构利用一种特定结构的薄膜来替代传统空间太阳电池表面的减反射膜，以取得对太阳光的更加有效利用，提高了太阳电池的光电转换效率。本专利技术是通过以下技术方案来实现的。一种空间太阳电池结构，其特征在于，在已有空间太阳电池表面的减反射膜位置上镀制一种改进的减反射膜，该改进的减反射膜的折射率从基底的折射率ns逐渐变化到0。其中，已有的空间太阳电池包括硅太阳电池、单结砷化镓太阳电池、三结砷化镓太阳电池以及多结砷化镓太阳电池。其中，已有的空间太阳电池为三结砷化镓太阳电池，其包括顶电池、中电池和底电池，利用GaInP2、GaAs、Ge三个垂直串连的pn结对分别对太阳能进行光电转换，在三结砷化镓太阳电池中，其减反射膜的折射率从基材AlInP的折射率逐渐变化到0。其中，减反射膜是通过在基材上制备得到的，选择一种镀膜材料，其折射率为n1，要求满足n1>ns(基底的折射率)，当倾斜角度为θ1时，制备的薄膜的折射率为ns，利用电子束蒸发或者离子束溅射的方法，通过控制薄膜的沉积角度从θ1到90度，则薄膜的折射率从ns逐渐变为0。其中，减反射膜是通过在基材上制备得到的，选用一单质材料，通入一定量的反应气体，使其在制备薄膜的过程中发生反应，生成氧化物薄膜，从而改变折射率，同时配合制备沉积的角度来实现薄膜致密度的改变。进一步地，利用磁控反应溅射、离子束溅射反应等方法，来获得单质材料的氧化物减反射膜，其折射率从基底折射率变化到近似为空间折射率0。其中，减反射膜通过刻蚀的方法制备，先在基底上制备一层与基底材料折射率相同的均匀膜层，通过表面物理刻蚀或化学刻蚀，使表面层的致密度发生逐渐变化，从而达到折射率由基底折射率变化到空间折射率0。相对已有的空间太阳电池的减反射膜，本专利技术的太阳电池结构中的减反射膜的折射率从空间的近似于0逐渐变化到基底的折射率，从而不存在不同材料间的反射，可以实现太阳光谱的完全透过，在全谱段的反射率的理论值为0，即实现太阳光的全部吸收。附图说明图1为现有技术中的三结砷化镓太阳电池结构示意图；图2为现有技术中三结砷化镓太阳电池减反射膜反射率光谱图；图3为本专利技术的三结砷化镓太阳电池结构中新型减反射膜折射率变化示意图；图4为本专利技术一实施方式中的三结砷化镓太阳电池结构中新型减反射膜的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的空间太阳电池结构进行进一步说明，该说明仅仅是示例性的，并不旨在限制本专利技术的保护范围。以下实施过程中以三结砷化镓空间太阳电池为例结合附图对本专利技术专利进行详细说明。本专利技术利用新型减反射膜层代替传统的单层、双层或三层减反射膜层形成高发电效率的空间太阳电池结构。其中，新型减反射膜是以太阳电池表面(以三结砷化镓太阳电池为例，则AlInP基底材料)为基底材料镀制的。假设基底材料在真空下的折射率为ns，则在其表面制备一种减反射膜，使其折射率从基底材料的折射率逐ns渐减小到近似于空间的折射率0。例如参见图3，图3为本专利技术的三结砷化镓太阳电池结构中新型减反射膜折射率变化示意图，从图可以看出，随着减反射膜厚度的增加，折射率从基材的ns单调减小，逐渐降低到0。为了获得上述减反射膜，可以采用如下几种具体的制备方法：方法一：选择一种介质镀膜材料(氧化锆、氧化铪等)，其折射率为n1，要求满足n1>ns。当倾斜角度为θ1时，制备的薄膜的折射率为ns。利用电子束蒸发或者离子束溅射的方法，通过控制薄膜的沉积角度从θ1到90度，则薄膜的折射率从ns逐渐变为0。方法二：选用一种单质材料(铝、锆、铪、硅等)，通入一定量的反应气体，如氧气、氮气等，使其在制备薄膜的过程中发生反应，生成一种氧化物或氮化物薄膜，从而改变折射率，同时可配合制备沉积的角度来实现薄膜致密度的改变。如利用磁控反应溅射、离子束溅射反应等方法，来获得单质材料的氧化物或氮化物减反射膜，其折射率从基底折射率变化到近似为空间折射率0。方法三：利用物理刻蚀的方法。首先在基底上制备一层与基底材料折射率相同的均匀膜层，通过在表面物理刻蚀或化学刻蚀，使表面层的致密度发生逐渐变化，从而达到折射率由基底折射率变化到空间折射率0。例如参见图4，在折射率为ns的基底上制备上一定厚度的折射率同样为ns的薄膜层，通过激光刻蚀使其物理形貌形成尖峰状结构，则其随着薄膜厚度的变化，折射率由ns逐渐变化为0。尽管上文对本专利技术的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本专利技术的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间太阳电池结构，其特征在于，在已有空间太阳电池表面的减反射膜位置上镀制一种减反射膜，所述减反射膜的折射率从基底的折射率ns逐渐变化到0。

【技术特征摘要】
1.一种空间太阳电池结构，其特征在于，在已有空间太阳电池表面的减反射膜位置上镀制一种减反射膜，所述减反射膜的折射率从基底的折射率ns逐渐变化到0。2.如权利要求1所述的空间太阳电池结构，其中，已有的空间太阳电池包括硅太阳电池、单结砷化镓太阳电池、三结砷化镓太阳电池以及多结砷化镓太阳电池。3.如权利要求2所述的空间太阳电池结构，其中，已有的空间太阳电池为三结砷化镓太阳电池，其包括顶电池、中电池和底电池，利用GaInP2、GaAs、Ge三个垂直串连的pn结对分别对太阳能进行光电转换，在三结砷化镓太阳电池中，其减反射膜的折射率从基材AlInP的折射率逐渐变化到0。4.如权利要求1所述的空间太阳电池结构，其中，减反射膜是通过在基材上制备得到的，选择一镀膜材料，其折射率为n1，要求满足n1>ns，当倾斜角度为θ1时，制备的薄膜的折射率为ns，利用电子束蒸发或者离子束溅射的方法，通过控制薄膜的沉积角度从θ...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈自才，张凯，刘业楠，刘宇明，丁义刚，王志浩，白羽，马子良，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11