一种提升空间太阳电池阵效率和抗辐照性能的方法技术

一种提升空间太阳电池阵效率和抗辐照性能的方法，本发明专利技术属于太阳能电池技术领域。本发明专利技术要解决CIC太阳电池制备后光学损伤较大，导致太阳电池阵的输出损失，且光学设计与电池结构不匹配，抗辐照能力较弱的问题。方法：一、制备焊接有隔离二极管的薄膜太阳电池；二、组成太阳电池阵列模块；三、制备层压后的太阳电池阵列模块；四、涂覆纳米玻璃纤维/硅橡胶混合物；五、涂覆含铈玻璃微珠/硅橡胶混合物。本发明专利技术用于提升空间太阳电池阵效率和抗辐照性能。明用于提升空间太阳电池阵效率和抗辐照性能。明用于提升空间太阳电池阵效率和抗辐照性能。

【技术实现步骤摘要】
一种提升空间太阳电池阵效率和抗辐照性能的方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池


技术介绍

[0002]随着我国航天科技的快速发展，航天器呈现出任务多样化、在轨服役长期化、有效载荷复杂化、集成化等特点，这些特点使得未来航天器所需要的能耗不断增加。另一方面，深空探测、空间太阳能电站以及商业航天、微纳卫星、长航时临近空间飞行器等任务需求也对航天器能源系统提出了更高的挑战。太阳电池阵作为航天器主要的能源供给方式，受限于运载火箭载荷重量、载荷空间以及发射成本等因素的影响。此外，太阳电池阵长期暴露于航天器舱外，要直接经理严峻的空间环境考验，其组成材料、设计结构于系统模块均会因此产生性能退化，且不同轨道的空间环境对太阳能电池阵的作用机理及影响程度不同。因此，提升空间太阳电池效率并通过结构设计增加太阳电池服役寿命是未来提升航天器整体载荷和服役可靠性的重要途经之一。
[0003]目前，空间太阳电池阵列主要使用基于III
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V族材料的多结太阳电池。每个结或“子电池”都可将太阳光谱的特定波长能量转换为电流，即能量高于子电池材料带隙的光子；各子电池间通过串联进行连接。此外，串联连接的子电池必须进行电流匹配，以最大限度地提高效率，因为具有较低电流的子结将限制整个太阳电池的性能。目前用于空间应用的标准光伏阵列是由盖玻片保护的电池组件，即所谓的CIC(盖玻片互连电池)太阳电池，它使用耐用的粘合剂将太阳电池连接到轻质结构基材或纤维增强复合材料上，最终组成柔性太阳电池阵。近年来，空间太阳电池技术的重点主要是提高太阳电池效率，并能够在特定的空间任务环境中运行。这些方法包括重新设计太阳电池的结构、选择适当的半导体材料、优化电池结构和制造工艺，优化多结太阳电池中每个子电池的带隙等。
[0004]目前提升太阳电池效率的方法主要是通过调节材料的参数以匹配太阳光谱、引入布拉格反射器(DBR)使太阳电池对光子进行二次吸收、通过设计多结太阳电池各子电池层间结构等方法提升太阳电池的效率和抗辐照性能。
[0005]但目前对于CIC太阳电池还是存在以下几个弊端：
[0006]1、空间太阳电池在服役前需封装成太阳电池阵才能服役发射，太阳电池阵主要由抗辐照盖片、太阳电池、粘接剂和基板材料组成，抗辐照盖片作为直接覆盖在太阳电池上的材料，其透过率较低，且没有进行光学设计，这会导致太阳电池阵的输出功率出现损耗。
[0007]2、现有抗辐照盖片主要由刚性盖片和柔性盖片组成，对于刚性盖片，其具有良好的抵御空间环境低能粒子的能力，但无法实现柔性封装；而对于柔性盖片，目前主要由透明聚酰亚胺、ETFE等材料作为屏蔽层，虽然这些材料具有良好的透过率和柔韧性，但其密度较小，且主要为聚合物材料，因此抗辐照性能较差。
[0008]3、CIC太阳电池作为一个整体，目前对于CIC太阳电池的主要优化手段是对太阳电池进行设计，以提升其效率和抗辐照性能，但由于光学设计与电池结构不匹配，抗辐照能力较弱。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决CIC太阳电池制备后光学损伤较大，导致太阳电池阵的输出损失，且光学设计与电池结构不匹配，抗辐照能力较弱的问题，而提供一种提升空间太阳电池阵效率和抗辐照性能的方法。
[0010]一种提升空间太阳电池阵效率和抗辐照性能的方法，它是按照以下步骤进行的：
[0011]一、使用电阻焊法，将隔离二极管焊接在薄膜太阳电池上，得到焊接有隔离二极管的薄膜太阳电池；
[0012]二、使用电阻焊法，利用互联片将焊接有隔离二极管的薄膜太阳电池进行串联或并联连接，组成太阳电池阵列模块；
[0013]三、在聚酰亚胺基板上涂覆底片胶，将太阳电池阵列模块置于底片胶上，然后在太阳电池阵列模块表面积覆盖PET保护薄膜并层压，层压后去除PET保护薄膜，得到层压后的太阳电池阵列模块；
[0014]四、将纳米玻璃纤维与除泡后的硅橡胶进行混合，然后除泡，得到纳米玻璃纤维/硅橡胶混合物，在刮刀高度为10μm～50μm的条件下，将纳米玻璃纤维/硅橡胶混合物刮涂于层压后的太阳电池阵列模块表面，最后固化，得到覆有第一屏蔽层的太阳电池阵列模块；
[0015]五、将含铈玻璃微珠与除泡后的硅橡胶进行混合，然后除泡，得到含铈玻璃微珠/硅橡胶混合物，在将刮刀高度为50μm～180μm的条件下，将含铈玻璃微珠/硅橡胶混合物刮涂于覆有第一屏蔽层的太阳电池阵列模块表面，最后固化，即完成提升空间太阳电池阵效率和抗辐照性能的方法。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017]本专利技术所制备的柔性CIC太阳电池在相同厚度条件下与现有刚性盖片CIC太阳电池相比，其可覆盖于弧面航天器表面，具有良好的柔韧性，此外，有效地减轻了CIC太阳电池重量，并可以根据航天器实际服役环境进行厚度设计，对于在不同轨道服役的CIC太阳电池，其屏蔽层的材料参数和厚度不同。
[0018]平行入射光经过CIC太阳电池屏蔽层材料时产生多次折射与反射，最终进入太阳电池中的光呈现一定的角度分布，增加了光在太阳电池内的光程，如图1所示。对于屏蔽层材料，其通过两步法进行生长，首先在太阳电池上端制备纳米线和硅橡胶混合物，该层的主要作用将入射光进行散射。当纳米玻璃纤维和硅橡胶混合层固化后，继续生长含铈的玻璃微珠和硅橡胶混合物，该层的主要目的为提升太阳电池的抗辐照性能以及将垂直入射光进行小角度散射。即本专利技术通过对CIC太阳电池的屏蔽层进行光学设计，使屏蔽层材料与多结太阳电池结构相匹配，对入射光的光路进行设计和调控，使光子经屏蔽层后发生散射，倾斜入射至太阳电池，以提升光子在各子电池的光程，入射光光程和入射光强度相同时，斜光入射可减薄太阳电池吸收层厚度。
[0019]空间带电粒子辐射会降低太阳电池的少数载流子寿命，将太阳电池减薄，降低其吸收层厚度能够有助于太阳电池各子结收集更多的载流子，达到提升太阳电池效率的目的。使用本方法制备的CIC太阳电池通过屏蔽层结构设计，使用纳米纳米玻璃纤维增大太阳电池散射角，从而提升光子光程，将太阳电池的子电池厚度与散射角进行匹配设计，使辐照后太阳电池的载流子能够达到其所需的扩散长度，可使太阳电池的服役末期(EOL)功率从0.303W提升至0.331W。
[0020]相比于传统均质刚性盖片和柔性薄膜(ETFE、透明聚酰亚胺等)覆盖的CIC太阳电池，使用该种方法制备的CIC太阳电池具有更好的光电转换性能，按照GB/T 6494
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2017.航天用太阳电池电性能测试方法，对比了使用ETFE薄膜制备的CIC太阳电池和使用硅橡胶/纳米玻璃纤维/含铈玻璃微珠制备的双层屏蔽材料制备的CIC太阳电池，其中使用ETFE薄膜制备的CIC太阳电池开路电压为2.82V，电流为0.155A，最大功率为0.36W，转换效率为29.72％；使用硅橡胶/纳米玻璃纤维/含铈玻璃微珠制备的双层屏蔽材料的CIC太阳电池开路电压为2.97V，电流为0.167A，最大功率为0.41W，转换效率为30.57％，证明了该方法相比于ETFE薄膜材料，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升空间太阳电池阵效率和抗辐照性能的方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：一、使用电阻焊法，将隔离二极管焊接在薄膜太阳电池上，得到焊接有隔离二极管的薄膜太阳电池；二、使用电阻焊法，利用互联片将焊接有隔离二极管的薄膜太阳电池进行串联或并联连接，组成太阳电池阵列模块；三、在聚酰亚胺基板上涂覆底片胶，将太阳电池阵列模块置于底片胶上，然后在太阳电池阵列模块表面积覆盖PET保护薄膜并层压，层压后去除PET保护薄膜，得到层压后的太阳电池阵列模块；四、将纳米玻璃纤维与除泡后的硅橡胶进行混合，然后除泡，得到纳米玻璃纤维/硅橡胶混合物，在刮刀高度为10μm～50μm的条件下，将纳米玻璃纤维/硅橡胶混合物刮涂于层压后的太阳电池阵列模块表面，最后固化，得到覆有第一屏蔽层的太阳电池阵列模块；五、将含铈玻璃微珠与除泡后的硅橡胶进行混合，然后除泡，得到含铈玻璃微珠/硅橡胶混合物，在将刮刀高度为50μm～180μm的条件下，将含铈玻璃微珠/硅橡胶混合物刮涂于覆有第一屏蔽层的太阳电池阵列模块表面，最后固化，即完成提升空间太阳电池阵效率和抗辐照性能的方法。2.根据权利要求1所述的一种提升空间太阳电池阵效率和抗辐照性能的方法，其特征在于步骤一中所述的薄膜太阳电池为砷化镓多结太阳电池、硅太阳电池、钙钛矿太阳电池、铜铟镓硒太阳电池中的一种或其中几种组成的多结太阳电池。3.根据权利要求1所述的一种提升空间太阳电池阵效率和抗辐照性能的方法，其特征在于步骤三中所述的层...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宜勇，张炜楠，赵会阳，王豪，沈文浩，赵亮亮，孙承月，琚丹丹，胡克亚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：