CN203659887U - 一种用于空间三结砷化镓太阳电池的红外截止滤光片 - Google Patents
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Abstract
现有技术的三结砷化镓太阳电池因对红外光强烈吸收，会出现工作温度高、输出功率大打折扣的现象。本实用新型公开了一种用于空间三结砷化镓太阳电池的红外截止滤光片。该红外截止滤光片是在掺二氧化铈的抗辐照玻璃盖片表面镀上由两种材料交替构成的周期结构多层薄膜。本实用新型可应用于空间电源，能有效抑制三结砷化镓太阳电池对红外光的吸收，从而降低太阳电池的在轨工作温度，提高在轨输出功率。
Description
技术领域
本实用新型涉及空间电源，具体涉及一种用于空间三结砷化镓太阳电池的红外截止滤光片。
背景技术
为拓展太阳电池的工作频带，国际上很多航天器开始逐步淘汰老的硅太阳能电池，而采用各种类型的三结砷化镓太阳电池作为主电源。作为其中之一，三结砷化镓太阳电池具有很多优异的特性并有望在下一代航天器中得到广泛应用。目前空间用三结砷化镓太阳电池采用叠成结构。为抵御空间环境下粒子辐照对电池造成损伤从而影响电池性能，一般在电池砷化镓吸收层的上表面通过黏合剂粘贴一层掺二氧化铈的抗辐照玻璃盖片。而为了提高砷化镓吸收层对可用光400nm~1200nm的光子利用率，一般在抗辐照玻璃盖片上表面蒸镀抗反射膜来提高可用光透射率，与此同时在电池砷化镓吸收层的下表面增加一层背反射器来实现对可用光的重复利用。然而抗反射膜在 400nm~2000nm 的波长范围内其透射率均在90%以上。此外，采用了背反射器的电池能多次利用光子，因此波长在1200nm~2000nm范围内的绝大部分红外光将被电池吸收转化成热能，导致电池温度上升，从而降低电池的输出功率。特别是采用了“陷光”结构的背反射器，上述影响尤为明显。由于对红外光具有强烈的吸收，其太阳吸收率高达 0.86 以上，工作温度比采用普通背反射器的太阳电池要高出10°C 以上，因此，其输出功率将因温度的升高而大打折扣。目前没有发现同本实用新型类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于空间三结砷化镓太阳电池的红外截止滤光片，来解决现有技术的三结砷化镓太阳电池因对红外光强烈吸收，出现工作温度高、输出功率大打折扣的问题。本实用新型利用一维光子晶体的禁带效应和异质结拼接技术设计得到了一种新型的红外截止滤光片，可黏合在三结砷化镓太阳电池表面来有效抑制红外光的入射，进而降低太阳电池在轨工作温度，提高在轨输出功率。
本实用新型提供的用于空间三结砷化镓太阳电池的红外截止滤光片由一维光子晶体[H1L1]7和一维光子晶体[H2L2]7拼接组成；所述一维光子晶体[H1L1]7由交替布置的H1层和L1层构成，共十四层，L1层的折射率小于H1层的折射率；所述一维光子晶体[H2L2]7由交替布置的H2层和L2层构成，共十四层，L2层的折射率小于H2层的折射率。
进一步，所述红外截止滤光片蒸镀在玻璃盖片与三结砷化镓太阳电池粘合的表面。
进一步，所述H1层和H2层的材料为TiO2，所述L1层和L2层的材料为SiO2。
进一步，每层H1层的厚度为58.3nm，每层L1层的厚度为205.9nm；H2层的厚度为H1层的厚度的1.1倍，L2层的厚度为L1层的厚度的1.1倍。
进一步，所述L2层位于玻璃盖片表面。
本实用新型的优点包括：由于一维光子晶体具有禁带效应，可以使入射光在禁带内发生全反射效应，而采用频域叠加法将多个一维光子晶体拼接构成异质结构可以有效的拓展禁带的带宽。只要设计得到的禁带正好能够覆盖到需要截止的红外波长，同时又能保证在截止波长以外的可用入射光高透射，就能够在不影响太阳能电池的有效工作带宽的情况下最大程度的降低红外热辐射导致的电池热损耗，进而提高电池的实际输出功率。与现有的仅采用氟化镁抗反射膜技术的普通玻璃盖片相比，采用上述红外截止滤光片后的玻璃盖片的三结砷化镓太阳电池有望获得更优良的在轨工作特性，使其真正具备空间实用价值。
附图说明
图 1 为现有空间用三结砷化镓太阳电池的结构示意图；
图 2 为采用本实用新型红外截止滤光片的空间用抗辐照玻璃盖片结构示意图；
图 3 为本实用新型红外截止滤光片的结构示意图；
图 4 为本实用新型红外截止滤光片的透射光谱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步阐述。
图 1 为现有空间用三结砷化镓太阳电池的结构示意图。从图1中可以看出，现有的空间用三结砷化镓太阳电池包括衬底10、位于所述衬底10表面的背发射层11；位于所述背发射层11另一个表面的砷化镓级联吸收层12；粘合于所述砷化镓级联吸收层12另一个表面的二氧化铈抗辐射玻璃盖片14；所述二氧化铈抗辐射玻璃盖片14背离粘合层13的表面蒸镀有氟化镁抗反射层15。现有的空间用三结砷化镓太阳电池主要采用了上表面蒸镀氟化镁抗反射层的抗辐照玻璃盖片作为太阳光窗口层。该窗口层对400nm~2000nm 的入射光均具有90%以上高透射率，不能有效截止波长在1200nm~2000nm的有害红外光。
为解决上述现有技术存在的缺陷，如图2所示，在所述二氧化铈抗辐照玻璃盖片14的一个表面蒸镀氟化镁抗反射层15，在所述二氧化铈抗辐照玻璃盖片14的另一个表面蒸镀本实用新型所提供的红外截止滤光片16。
本实用新型所述的红外截止滤光片结构如图3所示，其结构是由两个不同的一维光子晶体[H1L1]7（共14层）和[H2L2]7（共14层）拼接组成；所述一维光子晶体[H1L1]7由交替布置的H1层和L1层构成，共十四层，L1层的折射率小于H1层的折射率；所述一维光子晶体[H2L2]7由交替布置的H2层和L2层构成，共十四层，L2层的折射率小于H2层的折射率。其中，所述H1层和H2层的材料为TiO2，所述L1层和L2层的材料为SiO2。
每层H1层的厚度为58.3nm，每层L1层的厚度为205.9nm；H2层的厚度为H1层的厚度的1.1倍，L2层的厚度为L1层的厚度的1.1倍。红外截止滤光片模型[H1L1]7 [H2L2]7的总厚度为3883.7 nm。在此条件下，通过仿真计算得到了本实用新型所述的红外截止滤光片模型[H1L1]7[H2L2]7的透射光谱，如图4所示。从图4中可以看出，该红外截止滤光片对1140nm~1690nm 范围内的红外光具有很好的截止作用，透光率不超过10%，而对410nm~1100nm范围内的可用光具有高透射率。
综上所述，本实用新型所涉及的红外截止滤光片是由一维光子晶体异质结构成，其可以对波长为1140nm~1690nm左右的红外光进行有效的截至，而对410nm~1100nm波长范围内的可用太阳光的透射率基本无影响，从而在不影响空间用三结砷化镓太阳电池的转换效率的基础上，尽可能减小电池对无用红外光的吸收，从而有效降低三结砷化镓太阳电池的在轨工作温度，提高在轨输出功率。
Claims (5)
1.一种用于空间三结砷化镓太阳电池的红外截止滤光片，其特征在于：由一维光子晶体[H1L1]7和一维光子晶体[H2L2]7拼接组成；所述一维光子晶体[H1L1]7由交替布置的H1层和L1层构成，共十四层，L1层的折射率小于H1层的折射率；所述一维光子晶体[H2L2]7由交替布置的H2层和L2层构成，共十四层，L2层的折射率小于H2层的折射率。
2.依据权利要求1所述的用于空间三结砷化镓太阳电池的红外截止滤光片，其特征在于，所述红外截止滤光片蒸镀在玻璃盖片与三结砷化镓太阳电池粘合的表面。
3.依据权利要求1所述的用于空间三结砷化镓太阳电池的红外截止滤光片，其特征在于：所述H1层和H2层的材料为TiO2，所述L1层和L2层的材料为SiO2。
4.依据权利要求2所述的用于空间三结砷化镓太阳电池的红外截止滤光片，其特征在于：每层H1层的厚度为58.3nm，每层L1层的厚度为205.9nm；H2层的厚度为H1层的厚度的1.1倍，L2层的厚度为L1层的厚度的1.1倍。
5.依据权利要求2所述的用于空间三结砷化镓太阳电池的红外截止滤光片，其特征在于：所述L2层位于玻璃盖片表面。
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|---|---|---|---|---|
| CN107431134A (zh) * | 2015-03-18 | 2017-12-01 | 住友化学株式会社 | 具有反射板的光电转换元件 |
| CN110034204A (zh) * | 2019-04-04 | 2019-07-19 | 四川钟顺太阳能开发有限公司 | 一种用于光伏组件的选择性反射器及其制作方法 |
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