国外太阳能电池技术的进展

介绍国外几种主要太阳能电池的技术进展情况和今后的发展方向,对太阳能电池的技术性和经济性作了分析.探讨了非晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池、砷化镓太阳能电池和长寿命空间电源磷化铟太阳能电池的应用现状、成本目标和发展方向.最后指出,无论是空间应用,还是地面应用,太阳能电池技术的发展必须遵循高性能和低成本的宗旨.     

GaAs太阳电池空间质子辐射损伤的分子动力学研究

GaAs太阳电池在空间辐射条件下的性能衰减与电池内部微观结构紧密相关。文章针对空间辐射带质子辐照GaAs材料,利用分子动力学方法研究由被辐射材料中产生的不同能量(0.1~10 ke V)初级离位原子(PKA)引起的级联碰撞过程,分析缺陷随辐照时间、入射PKA能量的演化规律,探讨点缺陷和缺陷簇的形成特征。研究发现,在GaAs材料的缺陷对数目随时间的演化曲线中,在"离位峰"和稳定状态时,缺陷对数目与PKA能量呈一定的线性关系;PKA能量越高,辐射损伤越严重、越不易恢复,但缺陷复合率随能量升高趋于饱和;点缺陷在GaAs中主要以缺陷簇的方式存在,且随着能量的升高,孤立缺陷倾向于缔合成缺陷簇。     

InGaP/GaAs/InGaAs倒装结构三结太阳电池的辐照损伤仿真分析

为了保证倒装结构三结电池在空间辐射环境中使用的可靠性,揭示倒装工艺引入位错缺陷对电池辐射衰减的影响,文章基于泊松方程和载流子传输方程建立了倒装结构InGaP/GaAs/InGaAs三结太阳电池的物理模型,在地面等效实验验证的基础上,研究辐射以及电池内部位错缺陷对电池输出的影响。首先通过模型研究了微观载流子复合与电池电学性能之间的关联,发现当1 MeV电子入射注量达到1014 cm-2时,该电池中少数载流子复合由辐射复合起主要作用转变为由非辐射复合起主要作用。此外,文中还给出了InGaAs底电池的非辐射少数载流子寿命以及电池电学参数与穿透位错密度（TDD）的函数关系,发现随着TDD的增加,辐照对少子寿命和电池性能的影响均减弱。     

美国研制高效太阳能电池

最近美国一些公司正在研究效率高达30％的新型太阳能电池。 目前的硅太阳能电池开始使用时的效率仅为14.5％,就是较新型的砷化镓电池,其效率也仅为21.5％。 现有三家机构,即维里安公司、斯派尔公司以及三角研究区的三角研究所参与了由美国战略防御计划局（SDIO）资助的高效太阳能电池的研制工作。这三家机构估计,砷化镓-锗级联多结式太阳能电池的效率将是相当高的。这种电池采用聚光镜把阳光聚集后,再照射到太阳能电池上,因此光强度是一般光强的25～100倍。     

空间微小碎片撞击对太阳能电池性能影响

文章利用中国科学院空间科学与应用研究中心的等离子体驱动微小碎片加速器,进行了空间微小碎片累积撞击太阳能电池的模拟试验。之后,利用体式显微镜统计出太阳能电池表面的撞击坑,并测量了撞击前后太阳能电池的开路电压、短路电流、最大输出功率等参数的变化。试验结果与理论分析揭示了引起太阳能电池功率衰减的主要原因是碎片累积撞击导致的太阳能电池表面损伤。     

新光导技术使太阳能电池更廉价

据中国航天新闻网2009年10月22日报道，美国佛罗里达大学发明了一项新技术，通过改变太阳能电池原料分子的结构提高电池的转化效率，从而降低太阳能电池的成本。     

科技成果

正科学家开发最轻薄太阳能电池据科技日报2016年3月7日报道,美国麻省理工学院的科学家开发出一种超轻、超薄的柔性太阳能电池,能附着在物体之上。这种太阳能电池主要由基底和涂层两部分组成,厚度仅为2μm。每克能产生6 W的电力,功率重量比是普通硅基太阳能电池的600倍,而且由于不需要其他工序,减少了电子元件暴露在灰尘和其他污染物中的概率,更能保证产品的质量和性能。这种电池既可用传统的玻璃做     

等效位移损伤剂量法预测GaInP2/GaAs/Ge 三结电池在轨性能退化规律

文章首先在辐照条件下测试GaInP2/GaAs/Ge三结太阳电池的光谱响应,确定了三结电池在轨道带电粒子辐照条件下的损伤特征。通过试验获得了在不同粒子辐照条件下电池电性能退化规律,由此确定了高能电子与质子辐照对三结电池损伤的等效参数,建立了三结电池最大输出功率随位移损伤剂量的退化方程。在此基础上,以地球同步轨道服役的太阳电池为例,计算了电池在轨等效位移损伤剂量,并对三结电池的在轨服役行为进行了评价。     

利用反作用飞轮抑制太阳电池阵振动的原理和方法研究

以太阳能电池阵为例,针对空间飞行器柔性附件的振动抑制问题,提出利用飞轮变速产生的反作用力矩对柔性附件施加人工阻尼,实现加快振动衰减、降低振动响应的方法。在由模态坐标表示的太阳能电池阵振动模型的基础上,根据可测的电池阵根部弯矩建立并确定反作用飞轮旋转速度的振动控制策略,阐述其力学机理。该控制律关系简单,原理清晰。仿真验证具有实际尺寸结构的有限元模型,结果表明:采用约占电池阵质量2%的飞轮作动器可使振动衰减时间缩短2/3。     

瑞士联合欧洲13国进行光伏薄膜电池技术攻关

据中国科技部网站2012年8月16日消息,最近,瑞士国家材料科学与技术实验室(Empa)联合欧洲13国向欧盟递交了先进太阳能薄膜电池以及光伏发电装置的申请。该实验室已证实,薄膜太阳能电池与传统的硅半导体太阳能电池相比,更可能有效利用材料和降低太阳能光伏发电设备的生产成本。     

科技成果

加拿大国家研究理事会研究开发有机太阳能电池据科技部网站2011年5月25日报道,加拿大国家研究理事会微结构科学研究所（NRC-IMS）和拉瓦尔大学、St—Jean光化学公司及总部设在美国马萨诸塞州的Konarka公司,正在合作开发有机太阳能电池。为解决矽太阳能电池板成本高、     

砷化镓太阳电池技术的进展与前景

介绍了砷化镓(GaAs)太阳电池的特点，并比较了液相外延(LPE)和金属有机物化学气相沉积(MOCVD)两种外延生长技术。叙述了国外单结、双结与三结GaAs太阳电池的结构、性能、研制及生产情况，分析了GaAs太阳电池的发展方向。最后根据国内GaAs太阳电池的研制进展和空间试用情况，提出了发展我国GaAs太阳电池的设想和建议。     

纳米夹层技术为太阳能电池“减肥”

据物理学家组织网6月25日报道，美国北卡罗来纳州立大学的科研人员表示，他们能够借助纳米夹层技术制成更“苗条”的薄膜太阳能电池，而不影响电池吸收太阳能的能力。同时，这也将大幅降低新型电池的制造成本，并可广泛应用于其他众多太阳能电池材料，如碲化镉和铜铟镓硒（CIGS）等。     

空间太阳能电池金属栅线极限尺寸的理论研究

对空间太阳能电池金属栅线空间尺寸对电子平均自由程和电导率的影响进行了理论研究。考虑金属栅线空间尺寸小于100nm和大于电子自由程两种情况,建立了栅线空间尺寸对其平均自由程影响的物理模型,推导出栅线中电子平均自由程和电导率计算公式。计算机模拟表明:当栅线空间尺寸较小(小于2倍自由程)时,其对应的电子自由程和电导率随栅线空间尺寸的增加而快速增大,反之则快速减小;当栅线空间尺寸大于100nm时,栅线的边界对电子自由程和电导率有影响,其对应的自由程和电导率随栅线高度和宽度增加而增大,空间尺寸不同影响程度亦不同;当栅线高度和宽度达到800nm时,电子自由程和电导率达到最大值。理论上,太阳能电池栅线高度和宽度可做到800nm,可作为将来太阳能电池栅线制备的一个方向。     

意大利研制微重力环境卫星

意大利飞机工业公司空间系统集团和意大利空间局已经开始着手研究一种返回式微重力环境卫星。这种卫星称为Carina,将由圣马科火箭从意大利的圣马科赤道发射场发射。圣马科火箭是由美国LTV公司的侦察兵捆绑意大利SNIA-BDP公司研制     

平流层飞艇太阳电池阵发电功率计算及分析

针对圆柱曲面形状的平流层飞艇太阳能电池阵,提出了计算其发电功率的解析表达式;针对任意曲面形状的平流层飞艇太阳能电池阵,提出了一种准确方便的数值计算方法。针对飞艇通常采用的旋转对称组合椭球外形,提出了一种近似解析计算方法,将该解析计算方法和数值计算方法的计算结果进行比较后发现,近似解析方法日发电量计算结果精度可达0.1％,可以替代精确数值方法用于飞艇太阳能系统的设计和分析。最后,对平流层飞艇太阳能电池阵发电功率特性进行了详细分析,得到了平流层飞艇运行的季节、纬度、姿态、电池阵形状和安装位置等因素对其发电功率特性的影响规律。结果表明,以上因素与太阳电池阵面积和光电转化效率一样会对飞艇太阳电池发电功率造成重大影响。     

基于多尺度的空间锂离子蓄电池单体电-热耦合模型

针对高比能兼顾高功率的锂离子电池,高电极载量、高压实、低电导等特性会显著增加电池大倍率放电的产热和内部温差,传统的热试验方法无法获取电池内部温度分布。将传统热试验与仿真相结合,以能量功率兼顾型空间锂离子蓄电池单体为研究对象,建立了一维电化学与三维热双向耦合模型,获取了电池在绝热环境下不同倍率放电的电压、温度和发热功率变化,仿真结果与实验值吻合度高,分析得到单体电池大倍率放电的本征热安全区间为0～75%放电深度(DOD)。同时,计算发现随着放电倍率的增加,放电结束时电池温度最高区域由电芯内部中心位置逐渐变成正极极柱,最大温差逐渐增大,3 C时达到0.82℃。假设增加底面恒温散热,3 C放电结束的最大温差高达11.18℃。本文建立的模型不仅适用于空间锂离子蓄电池单体的研发,还适用于电池组的热仿真设计。     

燃料电池的空间应用技术发展

燃料电池作为高效环保的发电装置,在空间应用上具有极大潜力。本文论述了近年燃料电池的空间应用技术,以求促进相关产业及研究的进一步发展。分别对微重力环境下的水、热管理技术进行了探讨,发现微重力中气流方向及燃料电池布置对电池性能具有显著影响,气流宜以相反方向通入,微重力环境对竖直放置和水平放置(阳极在上或阴极在上)的燃料电池性能影响不一,其中水平放置(阴极在上)和竖直放置的工况下促进了水的顺利排出。进而比较了3种常见散热方式在空间应用上的优缺点,并且对热管冷却的材料选择给出了建议。最后简要介绍了目前在航天应用上受到关注的可再生燃料电池。     

科技成果

用航天高科技制作的10个小发明，美国麻省理工学院研制由病毒构成的微型电池，美华裔科学家研发出眼睛状摄影机，日本制成光电转换率更高的非硅系太阳能电池，日本开发出热传导率是铜1．7倍的材料，日本开发出高强度新型复合材料……     

应用于立方星的剪叉式可展开太阳电池阵机构

立方星在轨任务期间的能源供给主要依靠蓄电池或体装太阳能电池阵。随着微小航天器技术的发展,立方星功能密度越来越大,星上载荷对功率的需求越来越高,传统的电池板供能方式已很难满足未来空间任务需求。另外,立方星因其特有的尺寸规范和标准,对电池阵的收纳尺寸和展开机构也有特殊应用需求。基于上述背景和立方星的结构特点,设计了一种展开原理简单、扩展性好、折展比大的一维剪叉式空间可展开机构,进行了原理样机的加工制造和地面展开试验,验证了机构设计的功能可行性以及设计参数的合理性。机构展开后阵列发电功率是传统供能方式的3~5倍,且特殊的几何外形可提供被动重力梯度稳定优势,在提升未来立方星载荷能力方面有重要应用价值。