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摘要
三阶砷化镓电池具有较高的光电转换效率,是卫星帆板的主要材料。利用卫星帆板的散射光谱特性,可以辅助判断帆板姿态以及卫星工作状态,对空间目标识别具有重要意义。搭建了空间目标表面材料散射光谱测量系统,对太阳能电池样片散射光谱进行测量。测量系统主要由REFLET 180S和FieldSpec@4光纤光谱仪组成。REFLET 180S能提供暗背景、稳定光源和高精度转台,光源光谱范围400～1 800 nm,转台角分辨率为0.01°。FieldSpec@4光谱仪具有高的光谱分辨率(3 nm@700 nm,10 nm@1 400/2 100 nm)。针对电池样片强镜反特性,选择标准平面反射镜作为定标体,测量入射角为5°, 15°, 30°, 45°和60°,反射角为镜反射方向±2°,角度间隔为0.1°。测量结果发现三阶砷化镓电池在可见光波段(600～900 nm)散射光谱存在三个明显吸收峰,并且随着入射角的增加,吸收峰出现向左"迁移"特性;在近红外波段(900～1 800 nm)散射光谱出现类周期性震荡特性,而硅电池散射光谱并没有这些特性。三阶砷化镓电池结构复杂,将其物理结构简化为DAR层和三个半导体吸收膜层:顶电池GaInP层、中电池GaAs层和衬底Ge层。基于薄膜干涉理论,利用等效光学导纳法,对三阶砷化镓电池散射光谱进行建模。仿真光谱基本拟合出可见光波段的吸收特性以及近红外波段的周期性震荡特性,说明利用薄膜干涉理论建立反射率模型的正确性。利用光谱仿真模型,分析不同膜层对三阶砷化镓散射光谱的影响。结果表明:DAR层主要作用是降低光谱反射率,对光谱形状影响不大; Ge层对散射光谱没有影响,主要作用是增加光的透射率和吸收效率; GaInP层和GaAs层对散射光谱形状起主要作用, GaAs层是造成近红外波段干涉特性的主要原因; GaInP层是引起可见光波段吸收特性的主要原因,同时对近红外波段干涉曲线的振幅和频率起调制作用。研究结果可为卫星太阳能帆板和电池碎片识别提供数据支撑。
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单位中国人民解放军装备学院
