CN104393836A - 激光驱动飞片撞击太阳电池电性能退化评价方法 - Google Patents
激光驱动飞片撞击太阳电池电性能退化评价方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104393836A CN104393836A CN201410666106.5A CN201410666106A CN104393836A CN 104393836 A CN104393836 A CN 104393836A CN 201410666106 A CN201410666106 A CN 201410666106A CN 104393836 A CN104393836 A CN 104393836A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- film flying
- flyer
- test
- solar cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 9
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 7
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 6
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 claims description 6
- 230000007850 degeneration Effects 0.000 claims description 5
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 241000755266 Kathetostoma giganteum Species 0.000 claims description 3
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 abstract description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 2
- 238000009863 impact test Methods 0.000 abstract 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 241001155433 Centrarchus macropterus Species 0.000 description 1
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000013401 experimental design Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
- G01M7/08—Shock-testing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种激光驱动飞片撞击太阳电池的电性能退化评价方法，该方法将太阳电池背部粘贴在测速位移台上，使玻璃盖片与飞片靶平行，两者之间保持1-2mm的距离；根据试验要求确定飞片厚度、飞片直径、飞片速度和撞击方式，保证固体Nd:YAG激光器出射激光能量剖面为近“平顶型”，粗/精调光路使激光聚焦至飞片靶；按照预先标定好的激光能量与飞片速度的对应关系调整激光能量，发射单次脉冲激光驱动飞片，完成试验，试验完成后，测试太阳电池的机械损伤特性和电性能，按照本方法的要求执行微小碎片对太阳电池高速撞击试验及电性能参数测试，可以有效评价模拟微小空间碎片高速撞击太阳电池后电性能退化程度。
Description
技术领域
本发明属于航天器空间碎片防护技术领域，具体涉及一种激光驱动飞片撞击太阳电池电性能退化评价方法。
背景技术
太阳电池阵是航天器的重要组件之一，其在太空展开后面积很大，容易受到微小空间碎片的撞击。空间碎片对太阳电池高速撞击造成的损伤形式有：穿透、表面成坑、裂纹、汽化材料在表面沉积造成的污染等，影响太阳电池的输出功率。撞击往往产生等离子体，并诱发太阳电池放电。
激光驱动飞片技术最初应用于炸药的引爆，后来发展成地面模拟微小空间碎片的重要方法，其原理是用脉冲高功率激光辐照固体膜层(飞片靶)，烧蚀一部分膜层，并产生高温高压等离子体，利用等离子体的高压驱动剩余的膜层以高速飞行。与其它模拟方法相比，激光驱动飞片技术结构简单、发射成本较低。常用的飞片靶有单膜和多膜两种结构，多膜结构一般采用特定的烧蚀涂层吸收激光能量，并采用隔热材料进一步保护飞片材料，已成为主流的膜系结构。飞片测速采用非接触式速度原位测量技术，利用光学遮挡原理记录飞片经过片激光的时刻，该时刻与激光发射时刻相减得到飞片飞行时间，飞行距离除以飞行时间得到飞片速度。
发明内容
本发明从太阳电池自身特点出发，提出了激光驱动飞片撞击太阳电池电性能退化评价方法，完成了空间微小碎片高速撞击太阳电池地面模拟试验，评价电性能退化程度，满足了模拟空间微小碎片对太阳电池高速撞击和累积效应的研究需要。
本发明采用了如下的技术方案：
激光驱动飞片撞击太阳电池的电性能退化评价方法，包括如下步骤：
1)利用双面胶将太阳电池背部粘贴在测速位移台上，使玻璃盖片与飞片靶平行，太阳电池面积不小于5cm2，包含塑料背板，且正负极均有导线引出。试验前将太阳电池 玻璃盖片用酒精擦拭干净；
2)使太阳电池与飞片靶靶面平行，两者之间保持1-2mm的距离；
3)根据试验要求确定飞片厚度、飞片直径、飞片速度和撞击方式(单次撞击或累积撞击)，如果是累积撞击则还须确定撞击位置是相同点或不同点；保证固体Nd:YAG激光器出射激光能量剖面为近“平顶型”，粗/精调光路使激光聚焦至飞片靶；以激光聚焦后的焦点为参考位置，选取合适厚度的飞片靶并改变飞片靶工装平台在光路轴线上的位置，调整发射出的飞片的直径；
4)按照预先标定好的激光能量与飞片速度的对应关系调整激光能量，发射单次脉冲激光驱动飞片，完成试验，试验完成后，测试太阳电池的机械损伤特性和电性能，其中机械损伤特性包括利用显微镜测量中心撞击区、再沉积区即镀铝膜层被剥落掉而露出聚酰亚胺的区域和溅射区即辐射状溅射物的直径；电性能包括利用太阳模拟器及相关电路在试验前后绘出伏安特性曲线。
其中，通过调节测速位移台的位置，改变太阳电池与飞片靶的距离，通过单变量与统计平均分析相结合的方法，分析激光驱动飞片高速撞击太阳电池后开路电压、短路电流、最大输出功率和填充因子随不同飞片参数、撞击次数、中心撞击区直径及坑深、再沉积区直径和溅射区直径的变化关系，最终获得最大输出功率相对值(试验后最大输出功率除以试验前最大输出功率)，以最大输出功率相对值的大小作为评价太阳电池电性能退化的标准。
其中，选取合适厚度的飞片靶并改变飞片靶工装平台在光路轴线上的位置通过改变照射到飞片靶上光斑的大小来实现。
本发明的方法对激光驱动飞片高速撞击太阳电池试验及其测试内容要求明确、执行简单，按照本方法的要求执行微小碎片对太阳电池高速撞击试验及电性能参数测试，可以有效评价模拟微小空间碎片高速撞击太阳电池后电性能退化程度。
具体实施方式
下面对本发明的激光驱动飞片撞击多层隔热组件的性能退化评价方法进行进一步说明，该说明仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明的保护范围。
本方法分为五个步骤：样品设计、夹具设计、试验设计、测试要求和数据分析。其中，样品设计要求太阳电池面积不小于5cm2，包含塑料背板，且正负极均有导线引出。试验前将太阳电池玻璃盖片用酒精擦拭干净。
首先，利用双面胶将太阳电池背部粘贴在测速位移台上，使玻璃盖片与飞片靶平行。 激光驱动飞片发射系统包括激光器、分束镜、扩束镜、聚焦透镜、飞片靶、光电探头、示波器及测速系统等。试验思路为：
1)根据试验要求确定飞片厚度、飞片直径、飞片速度和撞击方式(单次撞击或累积撞击)，如果是累积撞击则还须确定撞击位置是相同点或不同点；
2)保证固体Nd:YAG激光器出射激光能量剖面为近“平顶型”，粗/精调光路使激光聚焦至飞片靶；
3)以激光聚焦后的焦点为参考位置，选取合适厚度的飞片靶并改变飞片靶工装平台在光路轴线上的位置(即改变照射到飞片靶上光斑的大小)，调整发射出的飞片的直径；
按照预先标定好的激光能量与飞片速度的对应关系调整激光能量，发射单次脉冲激光驱动飞片，完成试验，记录测速数据。试验完成后，进行测试，测试内容包括机械损伤特性和电性能。其中机械损伤特性包括利用激光扫描共聚焦显微镜测量中心撞击区(中心撞击坑)直径及坑深、再沉积区(玻璃碎屑、铝及其氧化物等污染物在中心撞击区外再沉积形成)直径和溅射区(辐射状溅射物)直径；电性能包括利用太阳模拟器及相关电路在试验前后绘出伏安特性曲线。测试具体要求参照国家标准《航天用太阳电池电性能测试方法》执行。
通过单变量与统计平均分析相结合的方法，分析激光驱动飞片高速撞击太阳电池后开路电压、短路电流、最大输出功率和填充因子随不同飞片参数、撞击次数、中心撞击区直径及坑深、再沉积区直径和溅射区直径的变化关系，最终获得最大输出功率相对值(试验后最大输出功率除以试验前最大输出功率)。由于太阳电池帆板在太空中可以自动调节方向以保证其与入射太阳光垂直，且在航天器总体设计中太阳电池帆板所连接的负载会尽量接近最大输出功率对应的负载值，因此最大输出功率相对值直接影响太阳电池对航天器的供电量，可以作为评价太阳电池电性能退化程度的标准，最大输出功率相对值越低，太阳电池电性能退化越严重。
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，我们可以依据本发明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所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.激光驱动飞片撞击太阳电池的电性能退化评价方法，包括如下步骤：
1)利用双面胶将太阳电池背部粘贴在测速位移台上，使玻璃盖片与飞片靶平行，太阳电池面积不小于5cm2，包含塑料背板，且正负极均有导线引出。试验前将太阳电池玻璃盖片用酒精擦拭干净；
2)使太阳电池与飞片靶靶面平行，两者之间保持1-2mm的距离；
3)根据试验要求确定飞片厚度、飞片直径、飞片速度和撞击方式(单次撞击或累积撞击)，如果是累积撞击则还须确定撞击位置是相同点或不同点；保证固体Nd:YAG激光器出射激光能量剖面为近“平顶型”，粗/精调光路使激光聚焦至飞片靶；以激光聚焦后的焦点为参考位置，选取合适厚度的飞片靶并改变飞片靶工装平台在光路轴线上的位置，调整发射出的飞片的直径；
4)按照预先标定好的激光能量与飞片速度的对应关系调整激光能量，发射单次脉冲激光驱动飞片，完成试验，试验完成后，测试太阳电池的机械损伤特性和电性能，其中机械损伤特性包括利用显微镜测量中心撞击区、再沉积区即镀铝膜层被剥落掉而露出聚酰亚胺的区域和溅射区即辐射状溅射物的直径；电性能包括利用太阳模拟器及相关电路在试验前后绘出伏安特性曲线。
2.如权利要求1所述的方法，其中，通过调节测速位移台的位置，改变太阳电池与飞片靶的距离，分析不同飞片参数、撞击次数、中心撞击区直径及坑深、再沉积区直径和溅射区直径对激光驱动飞片高速撞击太阳电池后开路电压、短路电流、最大输出功率和填充因子的变化规律，采用单变量与统计平均分析相结合的方法，获得各参数影响电性能的权重系数，综合评价电性能的退化程度。
3.如权利要求1所述的方法，其中，选取合适厚度的飞片靶并改变飞片靶工装平台在光路轴线上的位置通过改变照射到飞片靶上光斑的大小来实现。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410666106.5A CN104393836B (zh) | 2014-11-19 | 2014-11-19 | 激光驱动飞片撞击太阳电池电性能退化评价方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410666106.5A CN104393836B (zh) | 2014-11-19 | 2014-11-19 | 激光驱动飞片撞击太阳电池电性能退化评价方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104393836A true CN104393836A (zh) | 2015-03-04 |
| CN104393836B CN104393836B (zh) | 2016-08-17 |
Family
ID=52611686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410666106.5A Expired - Fee Related CN104393836B (zh) | 2014-11-19 | 2014-11-19 | 激光驱动飞片撞击太阳电池电性能退化评价方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104393836B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108120889A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-06-05 | 北京卫星环境工程研究所 | 激光驱动飞片诱发放电效应试验系统及试验方法 |
| CN109625346A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-04-16 | 北京卫星环境工程研究所 | 激光驱动球丸撞击空间碎片防护结构试验方法与装置 |
| CN111431481A (zh) * | 2020-03-04 | 2020-07-17 | 上海空间电源研究所 | 太阳电池电路空间碎片模拟及在线测试系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102393503A (zh) * | 2011-11-14 | 2012-03-28 | 北京航空航天大学 | 一种空间环境中的GaAs太阳电池性能退化预测方法 |
| KR101270767B1 (ko) * | 2011-11-30 | 2013-06-03 | 전자부품연구원 | 태양전지의 수분침투에 대한 신뢰성 평가 방법 |
| KR101397603B1 (ko) * | 2012-06-22 | 2014-05-27 | 성진정밀(주) | 전지 셀의 충격 시험 장치 |
| CN104020173A (zh) * | 2014-06-16 | 2014-09-03 | 北京卫星环境工程研究所 | 用于激光驱动微小碎片试验的靶架装置 |
-
2014
- 2014-11-19 CN CN201410666106.5A patent/CN104393836B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102393503A (zh) * | 2011-11-14 | 2012-03-28 | 北京航空航天大学 | 一种空间环境中的GaAs太阳电池性能退化预测方法 |
| KR101270767B1 (ko) * | 2011-11-30 | 2013-06-03 | 전자부품연구원 | 태양전지의 수분침투에 대한 신뢰성 평가 방법 |
| KR101397603B1 (ko) * | 2012-06-22 | 2014-05-27 | 성진정밀(주) | 전지 셀의 충격 시험 장치 |
| CN104020173A (zh) * | 2014-06-16 | 2014-09-03 | 北京卫星环境工程研究所 | 用于激光驱动微小碎片试验的靶架装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108120889A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-06-05 | 北京卫星环境工程研究所 | 激光驱动飞片诱发放电效应试验系统及试验方法 |
| CN109625346A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-04-16 | 北京卫星环境工程研究所 | 激光驱动球丸撞击空间碎片防护结构试验方法与装置 |
| CN109625346B (zh) * | 2019-01-21 | 2022-02-11 | 北京卫星环境工程研究所 | 激光驱动球丸撞击空间碎片防护结构试验方法与装置 |
| CN111431481A (zh) * | 2020-03-04 | 2020-07-17 | 上海空间电源研究所 | 太阳电池电路空间碎片模拟及在线测试系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104393836B (zh) | 2016-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lutey et al. | Laser cutting of lithium iron phosphate battery electrodes: Characterization of process efficiency and quality | |
| CN107218896B (zh) | 测量真空离子镀和等离子体喷涂镀膜膜厚与均匀性的方法 | |
| Luetke et al. | A comparative study on cutting electrodes for batteries with lasers | |
| CN208833473U (zh) | 一种多波长激光损伤阈值检测装置 | |
| CN105223170B (zh) | 一种模拟微小空间碎片撞击诱发放电的装置及方法 | |
| CN102540093B (zh) | 航天用太阳电池阵二次电弧地面模拟试验装置及试验方法 | |
| CN105259565A (zh) | 一种半导体器件辐射剂量率效应激光模拟系统 | |
| CN110542684B (zh) | 一种光学薄膜激光损伤阈值测试系统及其方法 | |
| CN104393836B (zh) | 激光驱动飞片撞击太阳电池电性能退化评价方法 | |
| CN108120889A (zh) | 激光驱动飞片诱发放电效应试验系统及试验方法 | |
| CN104101486A (zh) | 双光束延迟激光损伤测试系统 | |
| CN103869237A (zh) | 一种脉冲激光个数优化方法及单粒子翻转截面的测试方法 | |
| CN102495355B (zh) | 一种激光脉冲单粒子效应模拟系统 | |
| CN110441125B (zh) | 利用线状脉冲激光模拟弹道冲击并实时监测的装置及方法 | |
| CN102581479A (zh) | 一种激光驱动多飞片的方法及实现装置 | |
| Loktionov et al. | Unintended consequences with laser nudging or re-entry of satellites | |
| CN207487604U (zh) | 测量真空离子镀和等离子体喷涂镀膜膜厚与均匀性的设备 | |
| Smyrek et al. | Post-mortem characterization of fs laser-generated micro-pillars in Li (Ni1/3Mn1/3Co1/3) O2 electrodes by laser-induced breakdown spectroscopy | |
| CN106033057A (zh) | 一种硅片表面颗粒污染成分无损快速在线检测方法及系统 | |
| Negres et al. | Apparatus and techniques for measuring laser damage resistance of large-area, multilayer dielectric mirrors for use with high energy, picosecond lasers | |
| CN104406758B (zh) | 激光驱动飞片撞击mli热控性能退化评价方法 | |
| JP6958833B2 (ja) | 半導体検査装置及び半導体検査方法 | |
| KR20120046672A (ko) | 레이저 유도 붕괴 분광법을 이용한 ｃｉｇｓ 박막 내 물질 분포의 실시간 측정 시스템 | |
| CN201653907U (zh) | 激光诱导放电增强等离子体光谱检测装置 | |
| Ahangharnejhad et al. | Decreasing the resolution limit of laser beam induced current measurements below the beam size without confocal optics: Determining laser scribe widths |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160817 Termination date: 20211119 |