用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明的用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜，由復(fù)合激光防護層和增透層組成，在衛(wèi)星太陽電池片的抗輻射非晶石英玻璃蓋片表面依次采用雙靶共濺射工藝制備二氧化硅和納米二氧化釩作為復(fù)合激光防護層，采用蒸鍍工藝制備氟化鎂作為增透層。本發(fā)明激光防護薄膜在常態(tài)下的可見光透過率約為60%，紅外波段透過率為65%～80%，分別采用532nm、1.06um、3.3um三個波段激光照射后，激光透過率下降為16%，可以將衛(wèi)星太陽電池片的損傷閾值提高3～4倍，適用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護領(lǐng)域。
【專利說明】用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜及其制備方法
[0001] _
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜及其制備方法。
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【背景技術(shù)】
[0004]隨著衛(wèi)星的廣泛應(yīng)用和反衛(wèi)星激光武器的飛速發(fā)展，衛(wèi)星的安全和生存能力面臨日趨嚴峻的威脅。衛(wèi)星太陽電池陣由于展開面積較大，容易成為激光武器攻擊的主要部件。在高能束激光激發(fā)的高熱、電離、沖擊和輻射等綜合效應(yīng)作用下，易造成太陽電池陣發(fā)電效率急劇下降，甚至喪失發(fā)電能力，因此，開展衛(wèi)星太陽電池陣激光防護技術(shù)研究，對于提高升我國衛(wèi)星的空間安全和作戰(zhàn)能力有著重要的戰(zhàn)略意義。
[0005]氧化釩材料作為一種光強型激光防護材料，已成為當前國內(nèi)外激光防護研究的趨勢和熱點之一。氧化釩相變時由室溫單斜結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體態(tài)變?yōu)楦邷厮姆浇Y(jié)構(gòu)的金屬態(tài)，同時伴隨有可見光區(qū)和近紅外光區(qū)的透過率和反射率也發(fā)生突變，尤其是紅外和近紅外區(qū)由高通過率變成高反射率。常規(guī)工藝技術(shù)制備的單層氧化釩的可見光透過率較低，通常只有30%?50%，直接鍍覆在太陽電池片玻璃蓋片表面會造成電池片發(fā)電效率的大幅降低，而氧化釩在300nm?500nm波段的弱光存在較為明顯的吸收峰，因此，附加增透層對其可見光透過率的改善作用有限。此外，太陽電池片玻璃蓋片為非晶石英玻璃蓋片，國內(nèi)外研究表明在非晶光學(xué)襯底表面沉積氧化釩薄膜很難結(jié)晶，獲得的氧化釩多為非晶薄膜，在外加光照或加熱等激勵作用下，很難表現(xiàn)出相變特性。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜及其制備方法，可見光透過率高、激光防護性能好。
[0008]為了達到上述的目的，本發(fā)明提供一種用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜，包括采用雙靶共濺射工藝形成的二氧化硅和納米二氧化釩的復(fù)合激光防護層。
[0009]上述用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜，其中，所述復(fù)合激光防護層的厚度為20nm?100 nm。
[0010]上述用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜，其中，所述雙靶共濺射工藝是，采用全自動磁控濺射鍍膜機，在真空室內(nèi)本底真空達到5 X 10—4Pa?5 X 10—3Pa時，充入氬氣和氧氣至工作氣壓為5 X 10—1Pa?5Pa;待氣壓穩(wěn)定后依次開啟高純釩靶和高純二氧化硅靶的濺射電源，派射時間為Ih?2h，在非晶光學(xué)襯底表面沉積復(fù)合激光防護層;關(guān)閉氧氣充氣閥，在流動氬氣氣氛中對復(fù)合激光防護層進行退火處理和自然冷卻，退火溫度450 °C保持爐溫30min?2h。
[0011]上述用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜，其中，所述用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜還包括增透層，所述增透層覆在所述復(fù)合激光防護層上。
[0012]上述用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜，其中，所述增透層的厚度為10nm?200 nm。
[0013]上述用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜，其中，所述增透層為氟化鎂。
[0014]本發(fā)明提供的另一技術(shù)方案是，用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法，包括:I)將經(jīng)過標準RCA清洗后的非晶光學(xué)襯底放入全自動磁控濺射鍍膜機的轉(zhuǎn)臺上，開啟真空獲得設(shè)備，當真空室內(nèi)本底真空達到5 X 10—4Pa~5 X 10—3Pa時，充入氬氣和氧氣至工作氣壓為5 X 10—1Pa?5Pa; 2)待氣壓穩(wěn)定后依次開啟高純釩靶和高純二氧化硅靶的濺射電源，濺射時間為Ih?2h，在非晶光學(xué)襯底表面沉積厚度為20nm?10nm的復(fù)合激光防護層;3)關(guān)閉氧氣充氣閥，在流動氬氣氣氛中對復(fù)合激光防護層進行退火處理和自然冷卻，退火溫度450°C保持爐溫30min?2h。
[0015]上述用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法，其中，所述用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法還包括:4)在復(fù)合激光防護層表面采用蒸鍍工藝制備厚度為10nm?200 nm的增透層。
[0016]上述用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法，其中，所述增透層為氟化鎂。
[0017]上述用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法，其中，所述非晶光學(xué)襯底為抗福射非晶石英玻璃蓋片。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明的用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜及其制備方法，通過采用雙靶共濺射工藝，向納米二氧化釩中添加可見光波段透過率更高的二氧化硅，在保留納米二氧化釩激光防護特性的同時，有效提高了可見光波段的弱光信號透過率，降低了對太陽電池片的發(fā)電效率的不利影響;增透層進一步提高了可見光波段和紅外波段的透射率。
[0019]
【具體實施方式】
[0020]以下對本發(fā)明的用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜及其制備方法作進一步的詳細描述。
[0021]本發(fā)明的用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜包括采用雙靶共濺射工藝形成的二氧化硅和納米二氧化釩的復(fù)合激光防護層，該復(fù)合激光防護層覆在非晶光學(xué)襯底表面上。
[0022]本發(fā)明通過采用雙靶共濺射工藝，向納米二氧化釩中添加可見光波段透過率較高的二氧化硅，在保留納米二氧化釩激光防護特性的同時，有效提高了可見光波段和紅外波段的透過率。
[0023]較佳地，所述復(fù)合激光防護層的厚度為20nm?100 nm。
[0024]較佳地，所述用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜還包括增透層，所述增透層覆在所述復(fù)合激光防護層上。所述增透層的厚度為10nm?200 nm。
[0025]較佳地，所述增透層為氟化鎂。
[0026]較佳地，所述非晶光學(xué)襯底為抗輻射非晶石英玻璃蓋片。
[0027]本發(fā)明的用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜可用于硅太陽電池片、砷化鎵太陽電池片。
[0028]本發(fā)明的用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法包括:
1)將經(jīng)過標準RCA清洗后的非晶光學(xué)襯底(例如抗輻射非晶石英玻璃蓋片)放入全自動磁控濺射鍍膜機的轉(zhuǎn)臺上，開啟真空獲得設(shè)備，當真空室內(nèi)本底真空達到5 X 10—4Pa?5 X 10一 3Pa時，充入氬氣和氧氣至工作氣壓為5 X 10—1PaAPa，氬氣流量為80?200Sccm，氧氣流量為5?30Sccm;
2)待氣壓穩(wěn)定后依次開啟純度為99.99%的高純釩靶和純度為99.99%的高純二氧化硅靶的濺射電源，濺射時間為Ih?2h，在非晶光學(xué)襯底表面沉積厚度為20nm?10nm的復(fù)合激光防護層；
3)關(guān)閉氧氣充氣閥，在流動氬氣氣氛中對復(fù)合激光防護層進行退火處理和自然冷卻，退火溫度450°C保持爐溫30min?2h。
[0029]較佳地，所述用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法還包括:4)在復(fù)合激光防護層表面采用蒸鍍工藝制備厚度為10nm?200 nm的增透層。所述增透層為氟化鎂。蒸鍍工藝可采用現(xiàn)有技術(shù)，在此對該蒸鍍工藝細節(jié)不展開詳細說明。
[0030]現(xiàn)以一具體實施例詳細說明本發(fā)明的用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜及其制備方法。
[0031]本實施例中太陽電池片選用硅太陽電池片，硅太陽電池片的玻璃蓋片選用抗輻射非晶石英玻璃蓋片，厚度為lOOum，長寬為40 mmX60mm。首先，將經(jīng)過標準RCA清洗后的抗輻射非晶石英玻璃蓋片放入全自動磁控濺射鍍膜機的轉(zhuǎn)臺上，開啟真空獲得設(shè)備，當真空室內(nèi)本底真空達到8 X 10—4Pa時，充入氬氣和氧氣至工作氣壓為2Pa;待氣壓穩(wěn)定后依次開啟高純釩靶和高純二氧化硅靶的濺射電源，濺射時間為1.5h，在抗輻射非晶石英玻璃蓋片表面沉積厚度為50nm的復(fù)合激光防護層;然后，關(guān)閉氧氣充氣閥，在流動氬氣氣氛中對復(fù)合激光防護層進行退火處理和自然冷卻，退火溫度450°C保持爐溫2h;最后，在復(fù)合激光防護層上采用常規(guī)蒸鍍工藝制備厚度為10nm的氟化鎂增透層。
[0032]本實施例的用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜常態(tài)下的可見光透過率約為60%，紅外波段透過率為65%?80%，分別采用532nm、1.06um、3.3um三個波段激光照射后，激光透過率下降為16%;激光防護等效試驗的測試結(jié)果表明，經(jīng)納用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜防護后的硅太陽電池片的損傷閾值提高3~4倍。
【主權(quán)項】
1.用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜，其特征在于，包括采用雙靶共濺射工藝形成的二氧化硅和納米二氧化釩的復(fù)合激光防護層。2.如權(quán)利要求1所述的用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜，其特征在于，所述復(fù)合激光防護層的厚度為20nm?100 nm。3.如權(quán)利要求1所述的用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜，其特征在于，所述雙靶共濺射工藝是，采用全自動磁控濺射鍍膜機，在真空室內(nèi)本底真空達到5 X 10—4Pa?5 X 10—3Pa時，充入氬氣和氧氣至工作氣壓為5 X 10—1Pa?5Pa;待氣壓穩(wěn)定后依次開啟高純釩靶和高純二氧化硅靶的濺射電源，濺射時間為Ih?2h，在非晶光學(xué)襯底表面沉積復(fù)合激光防護層;關(guān)閉氧氣充氣閥，在流動氬氣氣氛中對復(fù)合激光防護層進行退火處理和自然冷卻，退火溫度450°C 保持爐溫 30min~2h。4.如權(quán)利要求1所述的用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜，其特征在于，所述用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜還包括增透層，所述增透層覆在所述復(fù)合激光防護層上。5.如權(quán)利要求4所述的用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜，其特征在于，所述增透層的厚度為10nm?200 nm。6.如權(quán)利要求4所述的用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜，其特征在于，所述增透層為氟化鎂。7.用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法，其特征在于，包括: 1)將經(jīng)過標準RCA清洗后的非晶光學(xué)襯底放入全自動磁控濺射鍍膜機的轉(zhuǎn)臺上，開啟真空獲得設(shè)備，當真空室內(nèi)本底真空達到5 X 10—4Pa~5 X 10—3Pa時，充入氬氣和氧氣至工作氣壓為 5 X 10—1PaAPa; 2)待氣壓穩(wěn)定后依次開啟高純釩靶和高純二氧化硅靶的濺射電源，濺射時間為Ih?2h，在非晶光學(xué)襯底表面沉積厚度為20nm?10nm的復(fù)合激光防護層； 3)關(guān)閉氧氣充氣閥，在流動氬氣氣氛中對復(fù)合激光防護層進行退火處理和自然冷卻，退火溫度450°C保持爐溫30min?2h。8.如權(quán)利要求7所述的用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法，其特征在于，所述用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法還包括:4)在復(fù)合激光防護層表面采用蒸鍍工藝制備厚度為10nm?200 nm的增透層。9.如權(quán)利要求8所述的用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法，其特征在于，所述增透層為氟化鎂。10.如權(quán)利要求7所述的用于衛(wèi)星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法，其特征在于，所述非晶光學(xué)襯底為抗輻射非晶石英玻璃蓋片。
【文檔編號】C23C14/24GK106011746SQ201610539208
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月11日
【發(fā)明人】蘇達, 郭立杰, 楊洋, 劉明芳, 黃鷹, 劉斯琪
【申請人】上海航天設(shè)備制造總廠