一種用于空間三結(jié)砷化鎵太陽電池的紅外截止濾光片的制作方法
【專利摘要】現(xiàn)有技術(shù)的三結(jié)砷化鎵太陽電池因?qū)t外光強烈吸收，會出現(xiàn)工作溫度高、輸出功率大打折扣的現(xiàn)象。本實用新型公開了一種用于空間三結(jié)砷化鎵太陽電池的紅外截止濾光片。該紅外截止濾光片是在摻二氧化鈰的抗輻照玻璃蓋片表面鍍上由兩種材料交替構(gòu)成的周期結(jié)構(gòu)多層薄膜。本實用新型可應(yīng)用于空間電源，能有效抑制三結(jié)砷化鎵太陽電池對紅外光的吸收，從而降低太陽電池的在軌工作溫度，提高在軌輸出功率。
【專利說明】—種用于空間三結(jié)砷化鎵太陽電池的紅外截止濾光片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及空間電源，具體涉及一種用于空間三結(jié)砷化鎵太陽電池的紅外截止濾光片。
【背景技術(shù)】
[0002]為拓展太陽電池的工作頻帶，國際上很多航天器開始逐步淘汰老的硅太陽能電池，而采用各種類型的三結(jié)砷化鎵太陽電池作為主電源。作為其中之一，三結(jié)砷化鎵太陽電池具有很多優(yōu)異的特性并有望在下一代航天器中得到廣泛應(yīng)用。目前空間用三結(jié)砷化鎵太陽電池采用疊成結(jié)構(gòu)。為抵御空間環(huán)境下粒子輻照對電池造成損傷從而影響電池性能，一般在電池砷化鎵吸收層的上表面通過黏合劑粘貼一層摻二氧化鈰的抗輻照玻璃蓋片。而為了提高砷化鎵吸收層對可用光400nnTl200nm的光子利用率，一般在抗輻照玻璃蓋片上表面蒸鍍抗反射膜來提高可用光透射率，與此同時在電池砷化鎵吸收層的下表面增加一層背反射器來實現(xiàn)對可用光的重復利用。然而抗反射膜在400nnT2000nm的波長范圍內(nèi)其透射率均在90%以上。此外，采用了背反射器的電池能多次利用光子，因此波長在1200nnT2000nm范圍內(nèi)的絕大部分紅外光將被電池吸收轉(zhuǎn)化成熱能，導致電池溫度上升，從而降低電池的輸出功率。特別是采用了“陷光”結(jié)構(gòu)的背反射器，上述影響尤為明顯。由于對紅外光具有強烈的吸收，其太陽吸收率高達0.86以上，工作溫度比采用普通背反射器的太陽電池要高出10° C以上，因此，其輸出功率將因溫度的升高而大打折扣。目前沒有發(fā)現(xiàn)同本實用新型類似技術(shù)的說明或報道，也尚未收集到國內(nèi)外類似的資料。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的在于提供一種用于空間三結(jié)砷化鎵太陽電池的紅外截止濾光片，來解決現(xiàn)有技術(shù)的三結(jié)砷化鎵太陽電池因?qū)t外光強烈吸收，出現(xiàn)工作溫度高、輸出功率大打折扣的問題。本實用新型利用一維光子晶體的禁帶效應(yīng)和異質(zhì)結(jié)拼接技術(shù)設(shè)計得到了一種新型的紅外截止濾光片，可黏合在三結(jié)砷化鎵太陽電池表面來有效抑制紅外光的入射，進而降低太陽電池在軌工作溫度，提高在軌輸出功率。
[0004]本實用新型提供的用于空間三結(jié)砷化鎵太陽電池的紅外截止濾光片由一維光子晶體[H1L1]7和一維光子晶體[H2L2]7拼接組成；所述一維光子晶體[H1L1]7由交替布置的H1層和L1層構(gòu)成，共十四層，L1層的折射率小于H1層的折射率；所述一維光子晶體[H2L2]7由交替布置的H2層和L2層構(gòu)成，共十四層，L2層的折射率小于H2層的折射率。
[0005]進一步，所述紅外截止濾光片蒸鍍在玻璃蓋片與三結(jié)砷化鎵太陽電池粘合的表面。
[0006]進一步，所述H1層和H2層的材料為TiO2,所述L1層和L2層的材料為Si02。
[0007]進一步，每層H1層的厚度為58.3nm,每層L1層的厚度為205.9nm ;H2層的厚度為H1層的厚度的1.1倍，L2層的厚度為L1層的厚度的1.1倍。
[0008]進一步，所述L2層位于玻璃蓋片表面。[0009]本實用新型的優(yōu)點包括:由于一維光子晶體具有禁帶效應(yīng)，可以使入射光在禁帶內(nèi)發(fā)生全反射效應(yīng)，而采用頻域疊加法將多個一維光子晶體拼接構(gòu)成異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以有效的拓展禁帶的帶寬。只要設(shè)計得到的禁帶正好能夠覆蓋到需要截止的紅外波長，同時又能保證在截止波長以外的可用入射光高透射，就能夠在不影響太陽能電池的有效工作帶寬的情況下最大程度的降低紅外熱輻射導致的電池熱損耗，進而提高電池的實際輸出功率。與現(xiàn)有的僅采用氟化鎂抗反射膜技術(shù)的普通玻璃蓋片相比，采用上述紅外截止濾光片后的玻璃蓋片的三結(jié)砷化鎵太陽電池有望獲得更優(yōu)良的在軌工作特性，使其真正具備空間實用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為現(xiàn)有空間用三結(jié)砷化鎵太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為采用本實用新型紅外截止濾光片的空間用抗輻照玻璃蓋片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3為本實用新型紅外截止濾光片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖4為本實用新型紅外截止濾光片的透射光譜。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步闡述。
[0015]圖1為現(xiàn)有空間用三結(jié)砷化鎵太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖1中可以看出，現(xiàn)有的空間用三結(jié)砷化鎵太陽電池包括襯底10、位于所述襯底10表面的背發(fā)射層11 ;位于所述背發(fā)射層11另一個表面的砷化鎵級聯(lián)吸收層12 ;粘合于所述砷化鎵級聯(lián)吸收層12另一個表面的二氧化鈰抗輻射玻璃蓋片14 ;所述二氧化鈰抗輻射玻璃蓋片14背離粘合層13的表面蒸鍍有氟化鎂抗反射層15?，F(xiàn)有的空間用三結(jié)砷化鎵太陽電池主要采用了上表面蒸鍍氟化鎂抗反射層的抗福照玻璃蓋片作為太陽光窗口層。該窗口層對400nnT2000nm的入射光均具有90%以上高透射率，不能有效截止波長在1200nnT2000nm的有害紅外光。
[0016]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，如圖2所示，在所述二氧化鈰抗輻照玻璃蓋片14的一個表面蒸鍍氟化鎂抗反射層15，在所述二氧化鈰抗輻照玻璃蓋片14的另一個表面蒸鍍本實用新型所提供的紅外截止濾光片16。
[0017]本實用新型所述的紅外截止濾光片結(jié)構(gòu)如圖3所示，其結(jié)構(gòu)是由兩個不同的一維光子晶體[H1L1]7 (共14層)和[H2L2]7 (共14層)拼接組成；所述一維光子晶體[H1L1]7由交替布置的H1層和L1層構(gòu)成，共十四層，L1層的折射率小于H1層的折射率；所述一維光子晶體[H2L2]7由交替布置的H2層和L2層構(gòu)成，共十四層，L2層的折射率小于H2層的折射率。其中，所述H1層和H2層的材料為TiO2，所述L1層和L2層的材料為Si02。
[0018]每層H1層的厚度為58.3nm，每層L1層的厚度為205.9nm ;H2層的厚度為H1層的厚度的1.1倍，L2層的厚度為L1層的厚度的1.1倍。紅外截止濾光片模型[H1L1]7 [H2L2]7的總厚度為3883.7 nm。在此條件下，通過仿真計算得到了本實用新型所述的紅外截止濾光片模型[H1L1HH2L2]7的透射光譜，如圖4所示。從圖4中可以看出，該紅外截止濾光片對1140nnTl690nm范圍內(nèi)的紅外光具有很好的截止作用，透光率不超過10%，而對410nnTll00nm范圍內(nèi)的可用光具有高透射率。
[0019]綜上所述，本實用新型所涉及的紅外截止濾光片是由一維光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu)成，其可以對波長為1140nnTl690nm左右的紅外光進行有效的截至，而對410nnTl IOOnm波長范圍內(nèi)的可用太陽光的透射率基本無影響，從而在不影響空間用三結(jié)砷化鎵太陽電池的轉(zhuǎn)換效率的基礎(chǔ)上，盡可能減小電池對無用紅外光的吸收，從而有效降低三結(jié)砷化鎵太陽電池的在軌工作溫度，提高在軌輸出功率。
【權(quán)利要求】
1.一種用于空間三結(jié)砷化鎵太陽電池的紅外截止濾光片，其特征在于:由一維光子晶體[H1L1]7和一維光子晶體[H2L2]7拼接組成；所述一維光子晶體[H1L1]7由交替布置的H1層和L1層構(gòu)成，共十四層，L1層的折射率小于H1層的折射率；所述一維光子晶體[H2L2]7由交替布置的H2層和L2層構(gòu)成，共十四層，L2層的折射率小于H2層的折射率。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空間三結(jié)砷化鎵太陽電池的紅外截止濾光片，其特征在于，所述紅外截止濾光片蒸鍍在玻璃蓋片與三結(jié)砷化鎵太陽電池粘合的表面。
3.依據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空間三結(jié)砷化鎵太陽電池的紅外截止濾光片，其特征在于:所述H1層和H2層的材料為TiO2，所述L1層和L2層的材料為Si02。
4.依據(jù)權(quán)利要求2所述的用于空間三結(jié)砷化鎵太陽電池的紅外截止濾光片，其特征在于:每層H1層的厚度為58.3nm，每層L1層的厚度為205.9nm ；H2層的厚度為H1層的厚度的1.1倍，L2層的厚度為L1層的厚度的1.1倍。
5.依據(jù)權(quán)利要求2所述的用于空間三結(jié)砷化鎵太陽電池的紅外截止濾光片，其特征在于:所述L2層位于玻璃蓋片表面。
【文檔編號】G02B5/20GK203659887SQ201320807654
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】賈巍, 雷剛, 王訓春, 陳萌炯, 陸劍峰 申請人:上海空間電源研究所