太阳模拟器的光谱设计实验研究

通过对太阳模拟器的光谱测试研究发现:未采用滤光片的太阳模拟器中氙灯辐射的800~900 nm,900~1100 rm红外波段占总光谱波段400~1100 nm的百分比远远大于国际标准规定的匹配度,导致其相对光谱的能量分布不能满足A级或B级要求,严重影响太阳电池的测试结果.因此,该模拟器通过加入特别设计的滤光片对光谱加以...     

大面积准直型太阳模拟器的设计与研制

设计并研制了一种大面积准直型太阳模拟器,其有效辐照面直径达到1 100 mm,平均辐照度达到1.3个太阳常数（AM0）,光束准直角为±1.59°。首先给出了太阳模拟器的光学系统,分别从光源选择和布局,椭球镜设计和准直镜设计进行了阐述;介绍了太阳模拟器的光机结构;进行了系统的仿真和实现。实验表明,太阳模拟器的平均辐照度达到1 760 W/m²,辐照不均匀度达到±4.6%,辐照体不均匀度达到±5.96%,辐照不稳定度达到±1.36%,光谱匹配在300~1 400 nm波长范围内满足ASTM E927-10中AM0 B级要求,为航天有效载荷的热真空试验和热平衡试验提供了一个准确可靠的平台。     

AAA级太阳模拟器的设计与研制

完成了一种光谱匹配、辐照不均匀度和辐照不稳定度均能达到A级标准的AAA级太阳模拟器的设计与研制。介绍了太阳模拟器的光源选择和滤光片的设计,给出了太阳模拟器的光机结构,测量了太阳模拟器的各项技术指标。结果表明,太阳模拟器的光谱匹配在波长400～1 100 nm处满足ASTM E927-10中AM1.5G A级要求。在有效辐照面55 mm×55 mm内,其平均辐照度达到1 000 W/m2,辐照不均匀度达到1.35%,辐照不稳定度达到1.27%。测量数据显示设计的太阳模拟器满足ASTM E927-10的AAA级标准。     

模拟太阳光与高空自然光条件下航天用三结砷化镓太阳电池光电性能测量对比

针对航天用三结砷化镓太阳电池的光电性能测量,介绍了太阳模拟器法和高空气球法两种方法。阐述了太阳模拟器法的测量原理和关键量值的溯源路径,基于双光源稳态太阳模拟器和光谱失配分析技术,对航天用三结砷化镓太阳电池的光电性能进行了测量,获得了短路电流、开路电压和最大发电功率等关键参数及相应的温度系数。介绍了高空气球法测量技术,高空氦气球将三结砷化镓太阳电池搭载至海拔35 km以上的高空中,在高空自然太阳光下进行光电性能测量,采集了伏安特性数据及实时温度数据。对高空自然太阳光条件下测得的数据执行温度修正后,与地面太阳模拟器法所得的数据进行对比。结果显示,两种测量方法在短路电流、开路电压和最大发电功率上的最大相对偏差分别为2.61%、2.13%和1.63%,结果具有较好的一致性。     

连续激光辐照对三结砷化镓电池散射光谱的特性影响

太阳能电池作为一种高效的光电转化器,被广泛地应用于光伏发电系统中。激光作为一种高亮度光源辐照电池时,会导致其出现损伤,可利用电池的表面散射光谱特性,对其损伤程度进行判别。通过目标表面散射光谱测量系统,对激光辐照后的三结砷化镓电池散射光谱进行测量,并计算双向反射分布函数(BRDF)。其中测量系统主要由FX 2000和NIR 17型光纤光谱仪组成,针对电池表面的强镜反射特性,在实验中采用了入射角和反射角为30°的测量几何模型。原始三结砷化镓太阳能电池的结构主要包括减反射膜DAR层、顶电池GaInP层、中电池GaAs层和底电池Ge层,其散射光谱特征包括可见光谱段(500～900 nm)的吸收特性及近红外谱段(900～1 200 nm)的类周期振荡特性,在对连续激光辐照损伤后电池的光谱特性进行实验测量后,得到了损伤电池光谱BRDF的变化,并结合基于薄膜干涉理论的电池散射光谱模型,对各膜层损伤后的特征进行了分析。结果表明：DAR层的主要作用是降低光谱反射能量,对光谱曲线的特性影响较小;Ge层对光谱曲线形状基本无影响;电池散射光谱吸收和干涉等特征主要由GaInP层和GaAs层所引起,其中,GaIn...     

基于LED峰值的太阳光谱合成方法

为了利用不同波段LED快速准确地模拟太阳光谱,基于LED的光谱合成原理,提出了一种利用LED光谱峰值波长处的数据合成太阳光谱的方法,简化了太阳光谱的拟合过程。首先,建立所有LED峰值波长处的函数方程组,利用约束最小二乘法确定各波段的拟合参数。进而,通过3组等间隔的LED光谱数据组对该方法进行了仿真分析,间隔40,30,20 nm的LED合成光谱与目标光谱相关系数对应为0.902,0.935,0.977,并对合成光谱失真处进行了分析和修正。最后,根据所选LED的实际光谱对太阳光谱进行了仿真分析。仿真结果表明：合成光谱与太阳光谱最大失配误差为4%,达到AM1.5的A级标准,满足LED太阳模拟器光谱匹配要求。     

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池不同能量质子辐照损伤模拟

以GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池为研究对象,开展了能量为0.7, 1, 3, 5, 10 MeV的质子辐照损伤模拟研究,建立了三结太阳电池结构模型和不同能量质子辐照模型,获得了不同质子辐照条件下的I-V曲线,光谱响应曲线,结合已有实验结果验证了本文模拟结果,分析了三结太阳电池短路电流、开路电压、最大功率、光谱响应随质子能量的变化规律,利用不同辐照条件下三结太阳电池最大输出功率退化结果,拟合得到了三结太阳电池最大输出功率随位移损伤剂量的退化曲线.研究结果表明,质子辐照会在三结太阳电池中引入位移损伤缺陷,使得少数载流子扩散长度退化幅度随质子能量的减小而增大,从而导致三结太阳电池相关电学参数的退化随质子能量的减小而增大.相同辐照条件下,中电池光谱响应退化幅度远大于顶电池光谱响应退化幅度,中电池抗辐照性能较差,同时中电池长波范围内光谱响应的退化幅度比短波范围更大,表明中电池相关电学参数的退化主要来源于基区损伤.     

多波段LED太阳模拟器及其测试系统的研制

为了克服传统氙灯太阳模拟器成本高、寿命短、功耗大等缺点,提高太阳电池测试的准确性,本文首先设计了一种基于11种波段的LED太阳模拟器,在光谱匹配度、不均匀度和不稳定度上均达到IEC60904-9-2007规定的A级标准。在此基础上,开发了配套的太阳电池测试系统,经过光源控制、数据处理、温度修正以及参数计算,得到太阳电池的电特性参数。实验结果表明,系统可以准确测得单晶硅太阳电池片的各项参数,且结果稳定,从而验证了光源的可靠性及测试方法的科学性。     

基于数字微镜的光谱可调星模拟器光源系统

为满足对星敏感器在各种谱线分布下对探测能力的高精度标定,提出了一种基于数字微镜的星模拟器光源系统设计方案,在一定程度上解决了由星模拟器与星敏感器观星的色温不匹配对星敏感器光信号定标精度产生的问题。从理论上分析了光谱不匹配影响定标精度的原理,设计了基于数字微镜器件的光谱可调的恒星光谱模拟系统。采用遗传算法作为光谱匹配,通过遗传算法求解不同的光谱构造函数实现对不同光谱的模拟。最后分别对5 nm分辨率和20 nm分辨率的光谱模拟系统在3 900,4 800,6 500 K 3种色温下进行了测试。测试结果表明,该星模拟器的恒星光谱模拟精度在5 nm分辨率下优于2%,在20 nm分辨率下优于5%。     

基于DMD光谱可调的星模拟器光源光学系统设计

为满足在各种谱线分布下对星敏感器探测能力的高准确度标定,提出了一种基于数字微镜器件的光谱可调星模拟器光源光学系统设计方法,以解决星模拟器与星敏感器观星色温不匹配对星敏感器光信号定标准确度产生的问题.首先,根据设计指标选取Czerny-Turner型光学系统为光源光学系统,对Czerny-Turner型光学系统的彗差和象散进行分析,选取消彗差的Czerny-Turner结构;其次利用MATLAB程序求解Czerny-Turner型光学系统初始结构并应用ZEMAX对其进行优化;最后对光学系统进行公差分析.公差分析结果表明,在400~1 100nm的工作谱段范围内,光学系统的光谱分辨率小于2nm,设计结果满足要求,有效降低了光谱不匹配带来的定标误差.     

空间用GaInP/GaAs/In0.3Ga0.7 As(1 eV)倒装三结太阳电池研制

采用阶变缓冲层技术 (step-graded) 外延生长了具有更优带隙组合的倒装GaInP/GaAs/In_0.3Ga_0.7As(1.0 eV) 三结太阳电池材料, TEM和HRXRD测试表明晶格失配度为2%的In_0.3Ga_0.7As 底电池具有较低的穿透位错密度和较高的晶体质量, 达到太阳电池的制备要求. 通过键合、剥离等工艺制备了太阳电池芯片. 面积为 10.922 cm² 的太阳电池芯片在空间光谱条件下转换效率达到32.64% (AM0, 25 ℃), 比传统晶格匹配的 GaInP/GaAs/Ge(0.67 eV) 三结太阳电池的转换效率提高3个百分点. 关键词： 太阳电池 三结 倒装结构     

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的电子辐照损伤效应

研究了1 MeV和1.8 MeV电子辐照下GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的辐照损伤效应.电学性能研究结果表明,GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的开路电压、短路电流和最大功率随辐照剂量的增加发生明显衰降,在1 MeV电子辐照下剂量为1×10¹⁵cm^-2时,与辐照前相比最大功率衰降了17.7%.暗I-V特性分析表明,高能电子辐照下三结电池串、并联电阻的变化是引起太阳电池电学性能衰降的重要原因.光谱响应分析结果表明,GaInP 关键词： GaInP/GaAs/Ge太阳电池 电子辐照 电学性能 光谱响应     

空间用倒装三结太阳能电池及其抗辐射性能研究

使用金属有机化学气相沉积技术,在4英寸GaAs衬底上获得了空间用GaInP/GaAs/In_(0.3)Ga_(0.7)As倒装三结太阳能电池.高分辨X射线衍射和阴极射线发光测试结果表明AlInGaAs应力渐变缓冲层的晶格弛豫度约100%,其整面平均穿透位错密度约5.4×10~6/cm~2.与GaInP/InGaAs/Ge常规三结太阳能电池相比,在AM0光谱、25℃测试条件下,面积24 cm~2的倒装三结太阳能电池转换效率达到32%,输出功率提高了5%.采用1 MeV高能电子对倒装三结电池进行粒子辐照测试,电池各项性能参数随不同辐照剂量发生改变,在1×10~(15)/cm~2辐照总剂量下电池转换效率衰降比例达到15%.     

GaInP2/GaAs/Ge叠层太阳电池材料的低压MOCVD外延生长

本文采用自制的LP-MOCVD设备,外延生长出GaInP₂/GaAs/Ge叠层太阳电池结构片,对电池材料进行了X射线衍射测试分析.另外,采用二次离子质谱仪测试了电池结构的剖面曲线.用此材料做出的叠层太阳电池,AMO条件下光电转换效率η=13.6%,开路电压V_oc=2230mV,短路电流密度J_sc=12.6mA/cm².     

宽光谱棱镜型太阳光谱仪设计

为实现大气层外太阳光谱辐照度(SSI)变化的长期例行监测,设计了一种星载宽光谱太阳光谱仪结构。全系统仅使用单片折反式曲面棱镜实现太阳光谱250～2500 nm的分光,并通过棱镜转动实现谱平面上多探测器的同步扫描探测;同时基于Huygens子波点扩展函数（PSF）仿真了光谱仪的光谱响应函数（SRF）和光谱分辨率。分光棱镜在±2.5°扫描转角内的全谱段子午像差小于8μm;光谱分辨率在紫外谱段(250～400 nm)为0.7～3.5 nm,可见/近红外谱段(400～1000 nm)为3.5～35.0 nm,短波红外谱段(1000～2500 nm)内为28.5～41.2 nm。整个系统结构简单紧凑,性能稳定可靠,分光和像差校正能力满足大气层外太阳光谱辐照度长期监测需求。     

Correlation between Displacement Damage Dose and Proton Irradiation Effects on GaInP/GaAs/Ge Space Solar Cells

The irradiation effects of 0.28-2.80 MeV protons on GalnP/GaAs/Ge solar cells have been analysed, and then correlated with the displacement damage dose. The results of I-V and spectral response measurements, combined with the SRIM-derived vacancies produced rates, show that the degradation of the solar cells is largely determined by the displacement damage of the GaAs sub-cell. Thus the SRIM-derived NIEL values for protons in the GaAs sub-cell are used to calculate the displacement damage dose. It is shown that the irradiation effects of the solar cells caused by protons at different energies are correlated well with the aid of displacement damage dose.     

可见-近红外波段太阳光谱辐照度仪的辐射定标方法研究

为了满足可见-近红外波段太阳光谱的高精度观测需求,对使用细分光谱技术进行太阳直射辐射观测的新型太阳光谱辐照度仪,开展了辐射定标方法的研究。使用光谱辐照度标准灯在400 nm～1 050 nm光谱范围内对仪器进行相对定标,对满足比尔-朗伯定理的波段采用Langley法进行绝对定标,在整个光谱范围内将辐射基准溯源到大气层顶的太阳光谱辐照度。在甘肃敦煌和安徽合肥两地进行了室外比对实验,仪器观测结果和MODTRAN4.0模型的理论模拟结果一致,和CE318的4个气溶胶观测通道的结果偏差在5%以内,验证了该定标方法的合理性。