用于太阳电池防护涂层光学性能原位测试的光度计

具体实施方式

如图1所示，本发明包括外壳1、防辐射玻璃盖片2、太阳电池防护涂层3、玻璃盖片固定件4、磷铟化镓/砷化镓/锗(GaInP/GaAs/Ge)三结点太阳电池5、薄膜热探测器6、数据采集底座7，其中外壳1装载和保护其它的器件；用玻璃盖片固定件4固定涂覆着太阳电池防护涂层3的防辐射玻璃盖片2，它们与三结点太阳电池5组成测量通道；用玻璃盖片固定件4固定住的防辐射玻璃盖片2与三结点太阳电池5组成参考通道；薄膜热探测器6紧贴参考通道的太阳电池5的侧面；数据采集底座7内置信号采集板卡。

测量通道内的玻璃盖片2上涂覆了待测的防护涂层3，因此测量通道输出功率的变化反映了防护涂层3光学透射率的变化。但由于在进行模拟空间辐照实验时太阳电池5也会发生退化，需要从测量通道的输出中分离掉太阳电池5退化的影响。参考通道的玻璃盖片2上没有涂覆涂层，因此其输出功率仅反映太阳电池5退化的影响，可以结合地面标定的太阳电池5退化特性曲线，分离掉测量通道中太阳电池5退化的影响。

测量通道和参考通道采用型号相同的玻璃盖片2和三结点太阳电池5，并且将这些器件对称放置；防护涂层3对粒子的拦截能力相对与玻璃盖片2可以忽略不计，相当于两个通道内被拦截的粒子注量相等，所以两块太阳电池5受到相等注量的粒子辐照，发生的退化相同。

在两块玻璃盖片2上都涂覆紫外线带通滤光膜，过滤掉紫外线对太阳电池的影响。

外壳1材料选择具有高强度、低热膨胀系数、密度小的铝合金材料，并对其外部进行阳极氧化处理，使外壳1具有良好的温控性能；在两块玻璃盖片2上都涂覆红外线过滤涂层，减小太阳电池5对红外线的吸收，从而减少温升。这样太阳电池5的工作温度保持在室温左右的小范围内，从而使已受损伤的太阳电池5不会发生热退火。

如图2所示，玻璃盖片固定件4由长方形的凹槽41和覆盖片42组成，其中凹槽的面积和深度分别与玻璃盖片2的面积和厚度相等，用于装载玻璃盖片2；凹槽的底部与覆盖片的顶部分别有一个长方形的一定面积的空洞43，用来透过太阳光以及粒子辐射；覆盖片盖在凹槽上，用螺钉将覆盖片、凹槽的外沿与外壳1连接，用于固定玻璃盖片2。玻璃盖片固定件4采用和外壳1相同的材料。采用固定件固定玻璃盖片，不同于传统的用硅橡胶连接玻璃盖片与太阳电池的方法，方便在实验时对试件进行拆卸。

数据采集底座7内置数据采集板卡，数据采集板卡用于对参考通道和测量通道的输出功率进行实时采集。数据采集底座外壳上有电源口和数据通信口，分别用于数据采集板卡的供电和与上位机的通信。数据采集底座结构材料的选择和表面处理与外壳相同，从而保证内部采集电路温度不至于过高。

数据采集板卡用于对两个通道的输出功率进行实时采集。由于光度计的设计既要满足模拟空间环境的原位测试，又要考虑到以后可实现星载在轨测试的目的，因此数据采集模块应该具有功耗低的特点，所以数据采集板卡没有微处理器芯片。数据采集板卡只完成数据采集和与上位机通信的功能，其中数据采集板卡与上位机的通信是由上位机的并口模拟SPI(串行外围设备接口)实现，整个数据的处理由上位机实现。

如图3所示，本发明实现防护涂层性能变化测试的原理流程为：将测量通道中载有待测防护涂层的光度计放到模拟空间的辐照环境下，参考通道和测量通道的输出功率发生变化；数据采集板卡完成对三结点太阳电池2输出功率的信号调理、运算放大及模数转换，并通过与上位机的通信将信号送至上位机处理；上位机根据存储的经过地面实验标定的太阳电池2损伤特征曲线，结合参考通道输出功率的变化，计算出测量通道中由太阳电池退化引起的等效变化，从而计算得到防护涂层的整体透射率变化。

模拟空间环境中防护涂层性能变化的测试方法为：

经过测试，得到测量通道的输出功率变化，等效为由涂层退化引起的输出功率变化和由太阳电池退化引起的输出功率变化的和，

ΔP_m≈∫Δτ_c(λ)F(λ)τ_g(λ)R(λ)dλ+∫τ_c(λ)F(λ)τ_g(λ)ΔR(λ)dλ

其中，τ_c(λ)为涂层的光谱透射率，F(λ)是光源发出的太阳光谱，τ_g(λ)是玻璃盖片的光谱透射率，R(λ)是太阳电池的光谱响应率，Δ表示参数的改变量。

经过测试，得到参考通道的输出功率变化，

ΔP_r＝∫F(λ)τ_g(λ)ΔR(λ)dλ

根据标定的太阳电池2损伤曲线，得到由太阳电池2退化引起的测量通道输出功率等效变化，

ΔP′_m＝∫F(λ)τ_c(λ)τ_g(λ)ΔR(λ)dλ

计算得到防护涂层3的整体透射率变化，

${\mathrm{\Delta T}}_{\mathrm{sc}}=\frac{{\int \mathrm{\Delta \tau }}_c\left(\lambda \right)F\left(\lambda \right){\tau }_g\left(\lambda \right)R\left(\lambda \right)\mathrm{d\lambda }}{\int F\left(\lambda \right){\tau }_g\left(\lambda \right)R\left(\lambda \right)\mathrm{d\lambda }}$

$\approx \frac{{\mathrm{\Delta P}}_m-\int F\left(\lambda \right){\tau }_c\left(\lambda \right){\tau }_g\left(\lambda \right)\mathrm{\Delta R}\left(\lambda \right)\mathrm{d\lambda }}{\int F\left(\lambda \right){\tau }_g\left(\lambda \right)R\left(\lambda \right)\mathrm{d\lambda }}$

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。