Космическая батарея

 

Использование: изобретение относится к фотоэлектрическим преобразователям энергии солнечного излучения в электрическую и может быть использовано для создания космических батарей большой площади, имеющих в транспортном состоянии компактный вид. Сущность: в космической батарее, содержащей солнечные элементы, размещенные на пленочном носителе из полярного полимерного материала , включающие проводящие электроды из материалов с различными электрохимическими потенциалами и покрытие на поверхности фронтального электрода, электроды выполнены из материалов с разностью электрохимических потенциалов не менее 0,8 В и размещены на поверхностях пленки из полярного полимерного материала, причем покрытие фронтального электрода выполнено в виде полусфер из полимерного поглощающего материала. Полимерная пленка из полярного материала может быть армирована материалом с электрохимическим потенциалом, меньшим электрохимических потенциалов электродов, размещенных на ее поверхностях, при этом поглощающее покрытие нанесено на обе поверхности. 2 ил.. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 64 G 1/44

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

6 (21) 4883039/25 (22) 24.09.90 (46) 23.04.93. Бюл, № 15 (76) В.А.Гольдаде, Е.М.Марков, Л.С.Пинчук, В.Н,Кестельман, А.M,Ãèðèí (SU) и Браун Роберт Дилл (US) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1405712, кл. H 01 1 31/04, 1975.

Патент США ¹ 3988167, кл, Н 01 (31/04, 1976, (54) КОСМИЧЕСКАЯ БАТАРЕЯ (57) Использование: изобретение относится к фотоэлектрическим преобразователям энергии солнечного излучения в электрическую и может быть использовано для создания космических батарей большой площади, имеющих в транспортном состоянии компактный вид. Сущность: в космической батарее, содержащей солнечные

Изобретение относится к фотоэлектрическим преобразователям энергии солнечного излучения в электрическую и может быть использовано для создания космических батарей большой площади. имеющих в транспортном состоянии компактный вид, Цель изобретения — воэможность использования в качестве источника энергии пленочных антенн.

Нанесение поглощающего покрытия в виде участков полимерного материала. закрепленных на поверхности фронтального электрода, и выполнение их полусферическими позволяет: увеличить эффективную погло цающую поверхность и тем самым повысить эффективность преобразования излучения при уменьшении площади. занятой

„„. Ж„„1811501 АЗ элементы, размещенные на пленочном носителе из полярного полимерного материала, включающие проводящие электроды из материалов с различными электрохимическими потенциалами и покрытие на поверхности фронтального электрода, электроды выполнены из материалов с разностью электрохимических потенциалов не менее

0,8 В и размещены на поверхностях пленки из полярного полимерного материала, причем покрытие фронтального электрода выполнено в виде полусфер из полимерного поглощающего материала. Полимерная пленка из полярного материала может быть армирована материалом с электрохимическим потенциалом, меньшим электрохимических потенциалов электродов, размещенных на ее поверхностях, при этом поглощающее покрытие нанесено на обе поверхности. 2 ил., 2 табл. поглощающим покрытием; сохранить гибкость элемента; использовать излучение, QG падающее под малыми углами. Испол ьзова- а ние металлов, разность электрохимических а потенциалов которых не ниже 0,8 В способ- (у ствует увеличению токовых характеристик элемента. Введение в пленку армирующего материала, имеющего электрохимический потенциал меньший, чем электрохимические потенциалы наружных электродов, расширяет воэможности батареи при при- (А) менении в качестве космической батареи с двухсторонним освещением.

Авторам неизвестны конструкции космических батарей, в которых: — разность электрохимических потенциалов используемых разнородных электро1811501

25

50

55 дов, размещенных на поверхности пленки из полярного полимерного материала, составляла бы не менее 0,8 В; — поглощающее покрытие, нанесенное на электрод, на который падает излучение, выполнено в виде участков полимерного материала, форма которых близка к полусферической; — в пленочный носитель введен дополнительный армирующий электрод, материал которого имеет электрохимический потенциал металла меньший, чем потенциалы наружных электродов.

На фиг,1 приведена схема конструктивного исполнения заявляемой космической батареи и схема поглощения излучения полусферическим участком покрытия; на фиг.2 — пример исполнения солнечного элемента с армирующим материалом внутри пленки, В качестве пленочного носителя, являющегося вместе с тем и активной зоной сол-. нечного элемента, в заявляемой батарее (см. фиг.1) использована пленка 1 из полярного полимера, на поверхность которой нэнесены: верхний (фронтальный) 2 и нижний

3 электроды. На поверхность фронтального электрода нанесено поглощающее покрытие, выполненное в виде. полусферических участков полимерного материала 4, распределенных на поверхности контакта и адгезионно связанных с ней.

Космическая батарея, содержащая солнечный элемент с пленкой, армированной электродом 5, показана на фиг.2, На электроды 2 и 3 нанесено поглощающее покрытие 4 в виде участков полимерного материала, Батарея работает. следующим образом.

Излучение поглощается покрытием 4.

Так как поглощающее покрытие выполнено в виде полусферических участков полимерного материала, излучение собирается с большей площади, чем площадь, занятая участком покрытия. Кванты света вызывают в материале верхнего электрода эмиссию носителей, проходящих полимерную пленку

1 и достигающих поверхности электрода 3.

Таким образом, при подсоединении верхнего и нижнего электрода к измерительной схеме, электрическое поле, обусловленное разностью стандартных электрохимических потенциалов металлов электродов, способствует протеканию тока. Накапливание энергии такого элемента можно осуществлять по конденсаторной схеме, В случае армирования пленки материалом с меньшим электрохимическим потенциалом по сравнению с потенциалом верхнего и нижнего электродов элемент работает кэк при поглощении излучения со стороны верхнего так и со стороны нижнего электродов. В этом случае верхний и нижний электроды могут быть выполнены из одинаковых металлов.

Для проверки работоспособности заявляемого устройства были изготовлены образцы элементов, активная зона которых была выполнена на основе пленок из следующих полимеров: полиэтилентерефталат (ПЗТФ), полип ропилен (ПП), полиимид (ПМ), пентапласт (ПТ), поливинилбутираль (ПВБ).

Толщины пленок: от 5 до 25 мкм. На поверхности пленок в вакууме носители покрытия из следующих металлов: алюминий, магний, никель, свинец. медь, серебро, К части верхнего и нижнего контакта подсоединяли измерительные электроды-пластины электрометра В7-30. Воздействие нэ солнечный элемент осуществляли излучением галогенной лампы КГ 220 — 1500 (ТУ 16675.009-83). установленной на расстоянии

80 мм от поверхности солнечного элемента.

Управление излучением от регулятора напряжения позволило менять интенсивность г падающего излучения от 18,4 до 101,2 Вт.см . Полусферические участки поглощающего покрытия наносили по известной технологии.

Установлено, что образцы элементов, изготовленные на основе полярных полимеров (ПЭТФ, ПМ, ПТ, ПВБ), работоспособны, т,е. элементы на их основе меняют значение тока по сравнению с темповым нэ 2 — 3 порядка, ток в образцах на основе неполярных полимеров не удалось поднять, он остался соизмерим с темновым током.

Применение в качестве поглощающего покрытия участков полимерного материала, форма которых близка к полусферической позволило улучшить характеристики заявляемого элемента при сохранении гибкости пленок. В частности (см. табл,1), покрытие участками, занимающими лишь 50% площади освещаемого контакта позволяет примернО на порядок увеличить заряд, нэкапливэемый конденсаторной схемой, без ухудшения гибкости элемента, Нанесение сплошного покрытия из сажи — не технологично, а сплошного покрытия из порошковой эпоксидной краски П-ЭП-91— уменьшает гибкость элемента. Полусферическая форма участков покрытия способствует поглощению излучения, падающего под разными углами, Так, использование полусферических участков, занимающих

50% освещаемой площади, равнозначно нанесению сплошного покрытия на всю эту освещаемуЮ площадь, Изготовление электродов из различных металлов и измерение токов при освещении

1811501

ЗО

Таблица 1

Накапливание заряда на конденсаторе в течение времени для образца Си-ПЭТФ-At при освещении со стороны меди

Таблица 2

Зависимость протекающих s образце токов от разности электродных потенциалов металлов контакта (образец:металл 1-ПЭТФ-металл 2. освещение 88,3 Вт см ) одного из электродов позволило установить тиями на поверхности может служить однодиапазон разности потенциалов, при кото- временно солнечным элементом и накаплирой токи заявляемого солнечного элемейта вать энергию, необходимую для работы. максимальны (см. табл.2). Для этого по дан- коммутационных схем и цепей. ным табл.2 построена зависимость тока от 5 Формула изобретения разности потенциалов и из условия превы- 1. Космическая батарея, содержащая шения тока в 2 раза по сравнению с мини- солнечные элементы, размещенные на племальным значением тока установлено, что ночном носителе из полярного полимерного большие токи протекают при разности по- материала, включающие проводящиеэлекттенциалов не менее 0,8 В. 10 роды из материалов с различными электроИзготовление элементов из двух пол- химическими потенциалами и покрытие на имерных пленок с расположенным между поверхности фронтального электрода, о тними металлическим армирующим электро- л и ч а ю щ а я с я тем, что. с целью воэмождом и нанесение на наружные поверхности . ности использования батареи солнечных пленок контактов из таких металлов, что их 15 элементрв в качестве пленочных антенн, электрохимические потенциалы больше чем электроды выполнены из материалов с раэпотенциалы армирующего металла, позво- ностью электрохимических потенциалов не лило использовать двустороннее освеще- менее 0,8 В и размещены на поверхностях ние образца, увеличив тем самым пленки из полярного полимерного материасуммарный ток в электрической цепи.. 20 ла, причем покрытие фронтального электроУчитывая то. обстоятельство, что пред- да выполнено . в виде полусфер иэ ложеннмй солнечный элемент имеет доста- полимерного поглощающего материала. точно низкий КПД 1его значение достигает 2. Батарея поп.1, отл ич а ю ща я с я всего лишь 1,5.10 j) целесообразно ис- тем, что пленка армирована материалом с пользовать его s комплексе с другими. кон- 25 электрохимическим потенциалом, меньше струкциями и приборами. Например, электрохимических потенциалов электрокосмическая антенна большой площади из дов, а поглощающее покрытие нанесено на

ПЭТФ пленки с соответствующимй покры- обе поверхности пленки;

1811501

Продолжение табл, 2