[发明专利]一种三结砷化镓电池测试用三谱段太阳模拟器装置

说明书

技术领域

本发明属于光谱技术领域中涉及的一种三谱段太阳模拟器装置。

背景技术

太阳模拟器是在室内模拟在不同大气质量条件下太阳光辐照特性的一种试验或标定设备。太阳模拟技术应用在很多领域，例如航天器的地面环境模拟试验；卫星飞行姿态控制用的太阳敏感器的地面模拟试验与标定；太阳光伏器件太阳电池的试验与检测，遥感技术中室内模拟太阳光谱辐照，生物科学中研究植物发育与培育良种等等。不同场所的应用对太阳光辐照的要求是不同的，因此对太阳模拟器光学系统的要求也是有区别的。

目前人类在太空中的卫星等航天器两端都安装了大型的空间太阳电池阵，它是卫星等航天器的核心供电装置。随着空间太阳电池阵的不断发展，三结砷化镓电池已经逐渐取代了传统的硅光电池。三结砷化镓电池的光电转换效率比硅光电池要高很多，同时三结砷化镓电池的耐温性也比较好，而且可以制成薄膜和超薄型太阳电池。三结砷化镓电池的测试需要精确模拟空间太阳光的光谱特性。本发明中的三谱段太阳模拟器使用四种滤光片互相配合，能够在0.3μm～0.65μm，0.65μm～0.9μm，0.9μm～1.7μm各谱段内准确的模拟太空环境中太阳光的辐照度，可以为三结砷化镓电池的测试和筛选提供可靠的数据，从而为卫星的太阳电池阵性能提供有效的依据。

与本发明最为接近的已有技术是由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研制的太阳模拟器，它的光谱匹配精度可以达到A级标准，如图1、图2所示，包括地脚1，底座2、聚光组件3、下箱体4、上箱体5、第一平面反射镜组件6、积分器组件7、前箱体8，第二平面反射镜组件9和准直物镜组件10。聚光组件3包括氙灯光源11、椭球反射镜12与其支撑调节机构和调灯机构；第一平面反射镜组件6由第一平面反射镜13及其支撑调节机构组成；积分器组件7由AM0滤光片14、光学积分器15与其支撑机构组成；第二平面反射镜组件9由第二平面反射镜16及其支撑调节机构组成；准直物镜组件10由准直物镜17及其支撑机构组成。具体结构关系是：地脚1安装在底座2下面的四个角来支撑装置；下箱体4安装在底座2的左半部分并与底座2固连，聚光组件3中的调灯机构安装在底座2的左半部分上面，并穿过下箱体底部上的孔伸向下箱体4的内部；氙灯光源11的下端与调灯机构的上端连接，椭球反射镜12安装在下箱体4上端的开口处，椭球反射镜12的边缘搭落在下箱体4的顶面上；上箱体5的底部开有窗口，上箱体5安装在下箱体4的上面，将椭球反射镜12及其支撑调节机构罩住，并使椭球反射镜12的反射面朝向上箱体5内的空间，用螺钉将上箱体5、椭球反射镜12和下箱体4三者固连在一起；安装在调灯机构上的氙灯光源11位于椭球反射镜12的第一焦点上，第一平面反射镜组件6安装在上箱体5左边斜面上的窗口内，并使装在第一平面反射镜组件6上的第一平面反射镜13的反射面与椭球反射镜12的光轴成成45度角，椭球反射镜12的光轴通过第一平面反射镜13的反射面的中心；上箱体5上部右侧壁开有窗口，前箱体8的左侧壁上也开有窗口，前箱体8安装在上箱体5的右侧，使上箱体5的右侧壁窗口与前箱体8的左侧壁窗口对齐，用螺钉固连，积分器组件7安装在上箱体5右侧的窗口内，也伸向前箱体8的左侧壁窗口内；第二平面反射镜组件9安装在前箱体8右面斜面上的窗口内，并使第二平面反射镜组件9上的第二平面反射镜16的中心、积分器组件7的中心、第一平面反射镜13的中心在同一光轴线上，第二平面反射镜16的反射面与同一光轴线成45度角，该同一光轴线与椭球反射镜12的光轴垂直；在同一光轴线上的积分器组件7中，从左至右依此排列装有AM0滤光片14和光学积分器15；AM0滤光片14的透光面与同一光轴线成70度角，光学积分器15由两组镜组构成，两组镜组都垂直于同一光轴线，左边的镜组称为场镜，位于椭球反射镜12的第二焦点处，右边的镜组称为投影镜。在前箱体8的底部开有窗口，在该窗口上安装有准直物镜组件10，使准直物镜组件10上的准直物镜17的光轴通过第二平面反射镜16的中心，同时准直物镜17的光轴与第二平面反射镜16、积分器组件7、第一平面反射镜13所在的同一光轴线垂直。

该太阳模拟器存在的主要问题是：使用单一的AM0滤光片对氙灯光谱进行滤光，虽然能使系统满足A级光谱匹配要求，但在各个局部谱段与AM0太阳光谱有一些差距，特别是在800nm～1000nm之间有较大差距，无法满足测试三结砷化镓电池的要求。系统调灯机构不够稳定，光机结构比较小，对整体的散热不利。

发明内容

为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于进一步提高太阳模拟器装置的光谱匹配精度，解决三结砷化镓电池测试对光谱匹配要求苛刻的问题。