CN104215542A - 太阳电池污染与紫外辐照协和效应试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳电池污染与紫外辐照协和效应试验方法，包括放置污染源在样品室内，将石英晶体微量天平与太阳电池片放置在同一平面上，石英晶体微量天平与太阳电池在平面中心附近对称放置，试验开始后，用加热片对样品室进行加热，打开紫外辐照系统电源，对太阳电池进行辐照，同时实时监控模拟污染物沉积阶段的天平频率，试验后用太阳模拟器和电性能测试仪测试太阳电池性能参数，并记录数据。本发明的试验方法可应用于航天器用太阳电池在污染与紫外辐照作用下性能退化研究。

Description

太阳电池污染与紫外辐照协和效应试验方法

技术领域

本发明属于性能测试的试验方法技术领域，具体涉及太阳电池污染与紫外辐照协和效应试验方法。

背景技术

太阳电池阵作为航天器电源系统的关键组件之一，是电源系统核心之一，太阳电池阵性能衰变将直接影响电源系统工作状态，从而影响整个航天器的工作状态，太阳电池阵失效将造成航天器飞行任务失败。

太阳电池在轨运行期间，由于航天器用非金属材料放气会造成太阳电池的污染效应，同时，太阳紫外辐射引发了光化学反应，一方面使得污染分子被粘附到太阳电池表面，另一方面使得多个小的污染分子聚合为较大的污染分子，增加了污染分子在太阳电池表面的滞留时间。

之前太阳电池污染与辐照协和试验方法是采用分布方式，首先在光电池加载一定量的污染物，然后在放入紫外辐照环境进行辐照，两个效应不同步作用，没有构成协和效应，因而不能有效地获得协和效应的结果。

发明内容

本发明的发明目的在于建立太阳电池污染与紫外辐照协和效应试验方法，旨在进行太阳电池污染与紫外辐照协和效应分析，研究太阳电池性能退化规律，为太阳电池的污染防护提供支持。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

太阳电池污染与紫外辐照协和效应试验方法，包括以下步骤：

a)将非金属材料放入无盖样品瓶，放置在材料污染特性测试装置的样品室内；

b)将石英晶体微量天平与太阳电池片放置在同一平面上，石英晶体微量天平的传感石英晶体片与太阳电池表面水平高度一致，平面水平放置，石英晶体微量天平与太阳电池在平面中心附近对称放置；

c)试验开始后，用加热片对样品室进行加热到125℃，打开紫外辐照系统电源，对太阳电池进行辐照，同时实时监控模拟污染物沉积阶段的天平频率，到达某一量级时，取出太阳电池片；

d)试验后用太阳模拟器和电性能测试仪测试太阳电池性能参数，并记录数据。

其中，在试验之前，对真空容器内部及外部进行清洁；

其中，试验前进行空载试验，试验状态确认，测量并记录试验前太阳电池片的取样电阻电压。

其中，记录数据后进行数据处理：

1)沉积污染量计算

污染沉积量计算公式为：

m＝δ·(f_f-f_i)     (1)

式中，m——太阳电池片上的污染沉积量；

δ——石英晶体传感因子，对20MHz石英晶片δ值为1.1×10^-9；

f_f—石英晶体微量天平最终频率，Hz；

f_i—石英晶体微量天平初始频率，Hz；

2)取样电阻电压变化率计算

太阳电池取样电阻电压变化率计算公式为：

$\mathrm{\Δ}{V}_R=\frac{V_{R1}-V_{R2}}{V_{R1}}\×100\%---\left(2\right)$

式中，ΔV_R——取样电阻电压变化率，％；

VR₀——试验前太阳电池片取样电阻电压值，V；

VR₁——试验后太阳电池片取样电阻电压值，V。

本发明的试验方法可应用于航天器用太阳电池在污染与紫外辐照作用下性能退化研究。

附图说明

图1为实施本发明的太阳电池污染与紫外辐照协和效应试验方法的过程图。包括1光电池测试过程，2光电池紫外辐照试验过程。光电池先进行1中的测试，再进行2中的试验过程，最后再进行1中的测试。

图2为实施本发明的光电池测试系统。

图3为实施本发明的紫外辐照真空试验系统。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面内容，而不应理解为限制本发明范围。

图1为实施本发明的太阳电池污染与紫外辐照协和效应试验方法的过程图。该试验方法包括光电池测试过程和光电池紫外辐照试验过程。光电池先进行光电池测试过程的测试，再进行光电池紫外辐照试验过程的试验过程，最后再进行光电池测试过程的测试。首先在试验之前，对真空容器内部及外部进行清洁，试验前进行空载试验，试验状态确认，测量并记录试验前太阳电池片的取样电阻电压；然后将非金属材料(具体包括邻苯酯类和硅氧烷类材料)放入无盖样品瓶，放置在材料污染特性测试装置的样品室内；其次将石英晶体微量天平与太阳电池片放置在同一平面上，石英晶体微量天平的传感石英晶体片与太阳电池表面水平高度一致，平面水平放置，石英晶体微量天平与太阳电池在平面中心附近对称放置；试验开始后，用加热片对样品室进行加热到125℃，打开紫外辐照系统电源，对太阳电池进行辐照(辐照强度为1个太阳常数，辐照时间30分钟)，同时实时监控模拟污染物沉积阶段的天平表面污染增加量，到达某一量级(共进行三次试验，量级分别为5×10^-6、1×10^-5、2×10^-5)时，取出太阳电池片；试验后用太阳模拟器和电性能测试仪测试太阳电池性能参数，并记录数据。利用记录的数据进行以下计算：

1)沉积污染量计算

污染沉积量计算公式为：

m＝δ·(f_f-f_i)     (1)

式中，m——太阳电池片上的污染沉积量；

δ——石英晶体传感因子，对20MHz石英晶片δ值为1.1×10^-9；

f_f—石英晶体微量天平最终频率，Hz；

f_i—石英晶体微量天平初始频率，Hz；

2)取样电阻电压变化率计算

太阳电池取样电阻电压变化率计算公式为：

$\mathrm{\Δ}{V}_R=\frac{V_{R1}-V_{R2}}{V_{R1}}\×100\%---\left(2\right)$

式中，ΔV_R——取样电阻电压变化率，％；

VR₀——试验前太阳电池片取样电阻电压值，V；

VR₁——试验后太阳电池片取样电阻电压值，V。

图2是太阳电池性能测试装置示意图，其中该太阳电池性能测试装置包括测试光电池测量电压表11、太阳模拟器12、参考光电池测量电压表13、测试光电池限流电阻14、测试光电池15、参考光电池16、参考光电池限流电阻17。太阳模拟器12对两个光电池15和16进行同等程度辐照，使得两个光电池处于相同的辐照和热环境，电压表11、限流电阻14与测试光电池15构成测量光电池测试电路，电压表13、限流电阻17和参考光电池16构成参考光电池测试电路，两个电路同步测量，获得两个光电池在同一时刻相同环境下的输出电压值。

图3为实施本发明的紫外辐照真空试验系统，该系统包括放气室21、放气材料22、紫外辐照光源23、隔离挡板24、测试光电池25、石英晶体微量天平26、温控平台27。非金属材料22放置于放气室21内，放气室对非金属进行加热测试材料放气从放气室的开口逸出，分别到达测量光电池25和石英晶体微量天平26。同时紫外辐照光源23对测量光电池器25进行一个紫外太阳常数的辐照，隔离挡板24阻挡紫外对石英晶体微量天平26的辐照，以免影响石英晶体微量天平26的测量。温控平台27控制测量光电池25和石英晶体微量天平26的温度。

尽管上文对本发明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，本领域的技术人员可以依据本发明的精神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在未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.太阳电池污染与紫外辐照协和效应试验方法，包括以下步骤：

a)将非金属材料放入无盖样品瓶，放置在材料污染特性测试装置的样品室内；

b)将石英晶体微量天平与太阳电池片放置在同一平面上，且石英晶体微量天平的传感石英晶体片与太阳电池表面水平高度一致，平面水平放置，石英晶体微量天平与太阳电池在平面中心附近对称放置；

c)试验开始后，用加热片对样品室进行加热到125℃，打开紫外辐照系统电源，对太阳电池进行辐照，同时实时监控模拟污染物沉积阶段的天平频率，到达某一量级时，取出太阳电池片；

d)试验后用太阳模拟器和电性能测试仪测试太阳电池性能参数，并记录数据。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在试验之前，对真空容器内部及外部进行清洁。

3.如权利要求2所述的方法，其中，试验前，清洁后，进行空载试验，试验状态确认，测量并记录试验前太阳电池片的取样电阻电压。

4.如权利要求2所述的方法，其中，记录数据后进行数据处理：

1)沉积污染量计算

污染沉积量计算公式为：

m＝δ·(f_f-f_i)     (1)

式中，m——太阳电池片上的污染沉积量；

δ——石英晶体传感因子，对20MHz石英晶片δ值为1.1×10^-9；

f_f—石英晶体微量天平最终频率，Hz；

f_i—石英晶体微量天平初始频率，Hz；

2)取样电阻电压变化率计算

太阳电池取样电阻电压变化率计算公式为：

$\mathrm{\Δ}{V}_R=\frac{V_{R1}-V_{R2}}{V_{R1}}\×100\%---\left(2\right)$

式中，ΔV_R——取样电阻电压变化率，％；

VR₀——试验前太阳电池片取样电阻电压值，V；

VR₁——试验后太阳电池片取样电阻电压值，V。

5.权利要求1-4任一项所述的方法，其中，所述非金属材料放气物为硅氧烷类、邻苯酯类的材料。

6.如权利要求5所述的方法，其中放气物包括电缆线外皮、粘合剂、热缩管。