基于应用验证的GaAs太阳电池热环境适应性研究

bb20920d · 发表于 2022-4-2 19:59:41

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本文以宇航电子元器件应用验证技术为依据：首先提出面向应用验证技术的宇航电子元器件热环境适应性评估技术的总体方案，总体评估方案的提出应根据空间热环境对航天器可靠性的影响、航天领域进行的各类热环境试验；根据提出的热环境适应性评估技术的总体方案，结合太阳电池的空间应用环境、热相关试验以及其基本特性，提出适合太阳电池的热环境适应性评估的具体评估方案；对太阳电池热环境适应性评估方案中的关键技术环节展开研究。根据以上内容，本文提取了宇航电子元器件热环境适应性评估技术中应当重点强调的几个方面：评估技术主要以试验、评估为手段，确定元器件的技术和应用状态满足空间应用的成熟度或在宇航工程中的可用性；评估技术中，试验应力的确定应根据实际应用以及可能经历的整机测试、试验，对元器件是否满足具体应用环境、应用条件和可靠性的要求进行确认，摸清元器件极限能力和应用的边界条件；热真空环境对元器件的影响主要有：决定了某些元器件的最高（低）温度，从而影响其电性能；冷热交变环境会导致某些元器件机械性损伤并最终失效；应针对元器件的基本特性指定相应的热环境评估方案。通过对太阳电池结构、空间应用环境以及热相关试验的阐述，本文分析并总结了太阳电池空间应用的特殊性：目前普遍使用的展开式太阳电池阵列技术已经做到了太阳电池的空间热环境独立，因此在对其进行热设计、热分析时可将其作为独立系统考虑；航天器的轨道高度不同，热环境对太阳电池的影响因素也不同：近地轨道（LEO）上温度交变是主要影响因素，可能导致太阳电池出现热-机械应力失效；地球同步轨道（GEO）上高温稳态温度是主要影响因素，可能造成太阳电池因高温造成的性能退化；对于组件级试验，更多地关注温度差，特别是最低温度；在工艺、材料一定的情况下，温度是影响太阳电池性能主要因素。值得指出的是，与温度对太阳电池组件、阵列的影响形式不同，温度主要是造成单体太阳电池性能的退化，而非故障与失效。特别地，伏安特性、光响应特性、光电转换效率特性以及光强响应效应特性均会受到太阳电池温度的影响。根据以上分析，本文提出了基于半导体物理与辐射换热理论的适用于宇航用太阳电池的热环境适应性评估技术途径——通过数值模拟单体太阳电池在空间环境中的结温，结合整体电池中结温与表面盖片温度的换算关系，提出了盖片温度受监控下的整体太阳电池伏安特性测试方法，并以此对其空间环境中的电性能进行评估。

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