2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——空間太陽能電池效率提升考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.空間太陽能電池與地面太陽能電池在效率提升技術(shù)側(cè)重上的主要區(qū)別在于，空間應(yīng)用更強調(diào)對以下哪一方面的優(yōu)化？A.光譜響應(yīng)范圍B.單結(jié)電池最大效率理論值C.長期穩(wěn)定性和抗輻射能力D.制造成本2.在半導(dǎo)體光伏電池中，減少載流子復(fù)合是提升效率的關(guān)鍵途徑之一。以下哪種技術(shù)主要通過對電池表面進(jìn)行摻雜或處理，來鈍化表面缺陷態(tài)，顯著降低表面復(fù)合速率？A.背面反射器（BSR）技術(shù)B.選擇性發(fā)射極技術(shù)C.減反射涂層技術(shù)D.擴展基區(qū)技術(shù)3.針對空間環(huán)境中高能粒子輻照導(dǎo)致的載流子產(chǎn)生和復(fù)合增加、開路電壓衰減等問題，以下哪種技術(shù)被認(rèn)為是目前最有效的抗輻射加固手段之一？A.使用寬禁帶半導(dǎo)體材料B.增加電池厚度C.采用多晶硅材料D.在電池中引入重?fù)诫s層4.空間太陽能電池常用的減反射涂層（ARC）主要作用是？A.增強電池對太陽光譜的吸收B.阻擋空間射線進(jìn)入電池內(nèi)部C.減少電池表面熱量輻射損失D.提高電池的電荷收集效率5.與單結(jié)太陽能電池相比，多結(jié)太陽能電池（如GaInP/GaAs/Ge三結(jié)電池）在空間應(yīng)用中效率更高的主要原因在于？A.制造工藝更簡單B.對不同波段的太陽光具有更寬的響應(yīng)范圍C.對溫度變化不敏感D.抗輻射性能更好6.在空間太陽能電池的制造工藝中，離子注入技術(shù)常被用于精確控制半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)和摻雜濃度，從而優(yōu)化電池的哪個關(guān)鍵性能？A.電流密度B.電壓C.填充因子D.少子壽命7.空間太陽能電池的背面鈍化技術(shù)與正面鈍化相比，其最主要的目標(biāo)是？A.提高光吸收率B.減少體復(fù)合C.阻止背面少數(shù)載流子注入D.增強電池的抗輻射能力8.太陽能電池的效率（η）可以用以下哪個公式近似表示？A.η=(Jsc*Voc)/(q*N_A*A)B.η=(Im*Vm)/(Psc*A)C.η=(Jsc*Voc)/(q*(Jsc+J0))D.η=(Jsc+J0)*Vm/(q*Voc)9.對于在空間站等近地軌道應(yīng)用中的太陽能電池，除了效率外，哪個性能指標(biāo)通常更為關(guān)鍵？A.單位面積的功率B.功率重量比C.峰值電壓D.填充因子10.近年來備受關(guān)注的鈣鈦礦太陽能電池，其在提升空間太陽能電池效率方面的潛在優(yōu)勢可能包括？A.極高的長波紅外光吸收能力B.成本極低且易于大面積制備C.極高的長期穩(wěn)定性D.良好的溫度穩(wěn)定性二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.提升空間太陽能電池效率的______方法主要通過對入射太陽光進(jìn)行光學(xué)管理，如使用反射器或特殊涂層，以增加電池的有效吸收面積或吸收光強。2.空間輻射環(huán)境會通過產(chǎn)生缺陷態(tài)等方式增加電池的______，導(dǎo)致開路電壓下降和短路電流略微增加，從而降低電池效率。3.采用______結(jié)構(gòu)可以顯著擴展半導(dǎo)體材料的有效基區(qū)厚度，減少載流子在基區(qū)中的復(fù)合損失，從而提高電池的開路電壓。4.______是指光伏電池在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下輸出最大功率時，其最大功率Pm與標(biāo)準(zhǔn)太陽光輸入功率Ps的比值，是衡量電池轉(zhuǎn)換效率的重要參數(shù)。5.在空間太陽能電池制造中，為了減少前表面復(fù)合，常采用______工藝來形成低缺陷密度的鈍化層。6.______是指電池在最大功率點工作時的電壓Vm與電流Im的乘積，代表了電池實際輸出的電功率。7.空間太陽能電池的封裝不僅要保護電池免受真空、溫度和微振動的影響，還要考慮其長期運行的______問題。8.對于工作在地球同步軌道等遠(yuǎn)地空間的應(yīng)用，由于太陽光譜隨軌道位置變化顯著，因此對電池的光譜響應(yīng)范圍提出更高要求，需要采用如______電池等特殊設(shè)計。9.空間環(huán)境中，太陽紫外線的輻照會導(dǎo)致電池材料表面發(fā)生光化學(xué)降解，形成固定的______，從而降低電池的效率和壽命。10.除了提高效率，提升空間太陽能電池性能還需關(guān)注電池的______、重量、體積以及與航天器平臺的兼容性。三、簡答題（每題8分，共24分。請簡明扼要地回答下列問題）1.簡述選擇性發(fā)射極（SE）技術(shù)對提升空間太陽能電池效率的主要作用機制。2.簡要說明空間輻射對太陽能電池性能（特別是效率）的主要損傷機制。3.提出至少三種不同的、基于材料或結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的空間太陽能電池效率提升思路。四、論述題（共16分。請結(jié)合所學(xué)知識，圍繞空間太陽能電池效率提升展開論述）當(dāng)前，人類對深空探測和空間能源的需求日益增長，這對空間太陽能電池的效率提出了更高的要求。請結(jié)合空間環(huán)境的特殊性（如高能粒子輻照、極端溫度、不同光譜等），論述提升空間太陽能電池效率面臨的主要挑戰(zhàn)，并分析當(dāng)前主流的及前沿的效率提升技術(shù)路徑，探討這些技術(shù)的優(yōu)缺點及其在空間應(yīng)用中的潛力與局限性。---試卷答案一、選擇題1.C2.B3.D4.A5.B6.A7.C8.C9.B10.A二、填空題1.光學(xué)2.體復(fù)合3.異質(zhì)結(jié)4.填充因子5.離子注入6.最大功率Pm7.可靠性8.多結(jié)9.損傷層10.壽命三、簡答題1.選擇性發(fā)射極（SE）技術(shù)對提升空間太陽能電池效率的主要作用機制：選擇性發(fā)射極技術(shù)通過在半導(dǎo)體襯底表面形成一種能帶結(jié)構(gòu)陡峭的摻雜層，使得從前表面注入的少數(shù)載流子具有很高的注入勢壘，難以重新復(fù)合，從而極大地降低了前表面復(fù)合速率。同時，它對從背面注入的多數(shù)載流子具有較低的注入勢壘，有利于其收集。這種選擇性顯著提高了電池的少數(shù)載流子壽命有效值，進(jìn)而提升了開路電壓和短路電流，最終提高電池的整體效率。2.空間輻射對太陽能電池性能（特別是效率）的主要損傷機制：空間輻射（主要是高能粒子，如質(zhì)子、重離子）轟擊太陽能電池材料時，會發(fā)生核反應(yīng)和直接位移損傷。這會在半導(dǎo)體晶格中產(chǎn)生大量的缺陷態(tài)，如空位、填隙原子、位錯等。這些缺陷態(tài)構(gòu)成了非輻射復(fù)合中心，增加了電池的體復(fù)合速率和表面復(fù)合速率。體復(fù)合導(dǎo)致少數(shù)載流子壽命縮短，開路電壓下降；表面復(fù)合增加導(dǎo)致填充因子降低。此外，高能粒子的電荷沉積效應(yīng)也可能導(dǎo)致電池局部發(fā)熱，進(jìn)一步加速老化。綜合這些效應(yīng)，空間輻射會導(dǎo)致電池的光電轉(zhuǎn)換效率顯著下降，并縮短其工作壽命。3.提出至少三種不同的、基于材料或結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的空間太陽能電池效率提升思路：*采用多結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)：利用不同禁帶寬度半導(dǎo)體材料疊層，分別吸收太陽光譜的不同波段，拓寬了電池的光譜響應(yīng)范圍，能夠更充分地利用太陽光能，從而在相同面積下實現(xiàn)更高的光電流和效率。*開發(fā)新型寬禁帶半導(dǎo)體材料：如碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等，這些材料具有更高的禁帶寬度，能吸收更短波長的太陽光（如紫外線），且具有更好的抗輻射性能和更高的工作溫度能力，適合苛刻的空間環(huán)境，有助于提升效率和壽命。*制備鈣鈦礦/硅疊層電池：結(jié)合鈣鈦礦材料的高光吸收系數(shù)、可溶液加工性和硅材料的高穩(wěn)定性和接近單結(jié)理論極限的效率，形成疊層電池，有望實現(xiàn)比單結(jié)電池更高的效率，并兼顧成本和穩(wěn)定性。四、論述題提升空間太陽能電池效率面臨的主要挑戰(zhàn)源于空間環(huán)境的特殊性。首先，高能粒子（質(zhì)子、重離子等）的持續(xù)輻照是最大挑戰(zhàn)之一，它通過產(chǎn)生晶格缺陷（位錯、空位等）形成復(fù)合中心，急劇縮短載流子壽命，導(dǎo)致開路電壓衰減和填充因子降低，這是限制空間電池長期效率穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。其次，空間存在極端且快速變化的溫度循環(huán)（從陽光直射下的高溫到陰影區(qū)的極低溫），這對電池材料的穩(wěn)定性、熱應(yīng)力匹配以及封裝材料的可靠性提出嚴(yán)峻考驗，可能引起材料性能退化、結(jié)構(gòu)變形甚至失效，間接影響效率。此外，空間太陽光譜與地面不同，例如在遠(yuǎn)地軌道紫外輻射更強，需要電池具備相應(yīng)的抗輻照和光譜適應(yīng)性。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)并提升效率，當(dāng)前主流技術(shù)路徑包括：一是采用先進(jìn)的抗輻射加固技術(shù)，如重?fù)诫s背場、缺陷工程、使用抗輻照材料（SiC,GaN）；二是優(yōu)化表面鈍化技術(shù)，降低體復(fù)合和表面復(fù)合損失，如采用離子注入、鈍化層（如Al2O3,SiNx）；三是利用光學(xué)設(shè)計，如BSF、IBC結(jié)構(gòu)、選擇性發(fā)射極，增加光吸收