【空间太阳电池的防护需求概述1400字】

空间太阳电池的防护需求概述复杂的空间环境中存在的多种会对太阳电池造成损伤甚至破坏的环境因素，例如紫外辐射、粒子辐射、原子氧以及空间碎片等，虽然现在所使用的太阳电池都具有一定的抗辐射性能，但众多研究均表明[16-20]，若太阳电池完全暴露在这些危害面前，太阳电池的电性能下降明显，难以实现航天器对太阳电池的性能长期稳定的需求，从而影响其工作稳定性，威胁航天器的整个电源系统的安全。因此。太阳电池若想在航天器上长期使用，除了自身具备一定的抗辐照性能之外，还需要借助外加的防护措施来进一步保证其电性能的稳定性。对于传统的刚性太阳电池阵，其采用的防护材料为玻璃盖片。在传统的刚性太阳电池阵的受光面，每块太阳电池上方都会覆盖一层薄薄的玻璃盖片，如图1.6所示。图1.6刚性/柔性太阳电池阵的防护薄膜对比示意图Fig.1.6Comparisondiagramofprotectivefilmforrigid/flexiblesolararrays因为玻璃盖片具有良好的抗辐射性能和很高的光学透过率，并且在空间环境的作用下其光学性能稳定性良好，虽然随着辐照剂量的增加，其内部会产生的色心会使透过率由一定程度的下降，但相对于太阳电池完全暴露在空间环境中产生的电性能下降却小得多，因此玻璃盖片对太阳电池具有一定程度的防护作用，可以保证太阳电池在轨期间提供稳定的电能。虽然玻璃盖片在刚性太阳电池阵上应用广泛，但是由于玻璃盖片本身材质比较脆，如果应用在柔性太阳电池阵上，可能会在展开、使用、收拢等过程中产生裂纹甚至有所破损，导致部分太阳电池完全暴露在空间环境中而产生损坏，从而使太阳电池阵的输出功率下降。此外，玻璃盖片还有一个弊端就是会引起太阳电池阵产生充放电问题，而充放电效应的危害性更大，其产生的二次放电电流会击穿太阳电池，直接造成太阳电池的损毁。太阳能电池表面放电主要发生在三联点结构，即金属（互联片）、介质（玻璃盖片）、空间等离子体三者结合处，例如太阳能电池串联间隙内，如图1.7所示[21]。图1.7太阳能电池阵充放电效应原理图Fig.1.7Solarcellarraycharge-dischargeeffectschematicdiagram三联点处会产生一次放电（ESD），在相邻电池串中电压差较大处、ESD产生的区域性高密度等离子体能够充当临时性导电通道，高压太阳阵自身功率可以通过这一通道持续输出，导致二次放电发生[22]。二次放电可使太阳电池PN结击穿，串间材料热解、熔化进而造成高压太阳阵串电路永久性损坏。因此，若暂且不考虑玻璃盖片的柔韧性，直接将玻璃盖片柔性太阳电池阵，还是会产生充放电问题。究其原因，就是因为具有不同二次电子发射系数的各种材料均直接暴露与空间环境之中。而柔性太阳电池阵的防护层却可以避免此现象的发生，这是因为柔性太阳电池阵的防护层并不像玻璃盖片那样各自分散于每块太阳电池上，而是一整张防护材料直接覆着于整个太阳电池阵上，中间的缝隙用透明的胶状物进行填充，如此便将容易产生放电的关键部位封存起来，以阻止不同材料同时暴露在空间等离子体中，进而有效的阻止的充放电效应的产生。综上所述，柔性太阳电池阵的封装方式可以有效的避免充放电现象的产生，而此时急需解决的问题就变成的何种柔性材料可以代替玻璃盖片的功能，即具有良好的抗辐射性能，具有良好的初始透过率，并且在空间环境的作用下光学性能稳定的柔性材料。而影响材料光学性能的最先需要关注的影响因素之一就是太阳电磁辐射中的紫外辐射。其原因在于，太阳电磁辐射中的可见光和红外光对材料的影响主要在温度层面，并不会对材料本身的光学性能产生影响，而在会造成影响的波段中，紫外光线所占的太阳常数比远超过