用于衛星太陽電池陣的激光防護薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發明的用于衛星太陽電池陣的激光防護薄膜，由復合激光防護層和增透層組成，在衛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合激光防護層，采用蒸鍍工藝制備氟化鎂作為增透層。本發明激光防護薄膜在常態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%，可以將衛星太陽電池片的損傷閾值提高3～4倍，適用于衛星太陽電池陣的激光防護領域。
【專利說明】用于衛星太陽電池陣的激光防護薄膜及其制備方法
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技術領域
[0002]本發明涉及一種用于衛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】
[0004]隨著衛星的廣泛應用和反衛星激光武器的飛速發展，衛星的安全和生存能力面臨日趨嚴峻的威脅。衛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。在高能束激光激發的高熱、電離、沖擊和輻射等綜合效應作用下，易造成太陽電池陣發電效率急劇下降，甚至喪失發電能力，因此，開展衛星太陽電池陣激光防護技術研究，對于提高升我國衛星的空間安全和作戰能力有著重要的戰略意義。
[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構的半導體態變為高溫四方結構的金屬態，同時伴隨有可見光區和近紅外光區的透過率和反射率也發生突變，尤其是紅外和近紅外區由高通過率變成高反射率。常規工藝技術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，國內外研究表明在非晶光學襯底表面沉積氧化釩薄膜很難結晶，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，很難表現出相變特性。
[0006]
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種用于衛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，本發明提供一種用于衛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合激光防護層。
[0009]上述用于衛星太陽電池陣的激光防護薄膜，其中，所述復合激光防護層的厚度為20nm?100 nm。
[0010]上述用于衛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，在非晶光學襯底表面沉積復合激光防護層;關閉氧氣充氣閥，在流動氬氣氣氛中對復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]上述用于衛星太陽電池陣的激光防護薄膜，其中，所述用于衛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合激光防護層上。
[0012]上述用于衛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]本發明提供的另一技術方案是，用于衛星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法，包括:I)將經過標準RCA清洗后的非晶光學襯底放入全自動磁控濺射鍍膜機的轉臺上，開啟真空獲得設備，當真空室內本底真空達到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，在非晶光學襯底表面沉積厚度為20nm?10nm的復合激光防護層;3)關閉氧氣充氣閥，在流動氬氣氣氛中對復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，所述用于衛星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法還包括:4)在復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，所述非晶光學襯底為抗福射非晶石英玻璃蓋片。
[0018]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
本發明的用于衛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。
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【具體實施方式】
[0020]以下對本發明的用于衛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]本發明的用于衛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合激光防護層，該復合激光防護層覆在非晶光學襯底表面上。
[0022]本發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，所述復合激光防護層的厚度為20nm?100 nm。
[0024]較佳地，所述用于衛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，所述非晶光學襯底為抗輻射非晶石英玻璃蓋片。
[0027]本發明的用于衛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]本發明的用于衛星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法包括:
1)將經過標準RCA清洗后的非晶光學襯底(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臺上，開啟真空獲得設備，當真空室內本底真空達到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，在非晶光學襯底表面沉積厚度為20nm?10nm的復合激光防護層；
3)關閉氧氣充氣閥，在流動氬氣氣氛中對復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，所述用于衛星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法還包括:4)在復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。蒸鍍工藝可采用現有技術，在此對該蒸鍍工藝細節不展開詳細說明。
[0030]現以一具體實施例詳細說明本發明的用于衛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臺上，開啟真空獲得設備，當真空室內本底真空達到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的復合激光防護層;然后，關閉氧氣充氣閥，在流動氬氣氣氛中對復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，在復合激光防護層上采用常規蒸鍍工藝制備厚度為10nm的氟化鎂增透層。
[0032]本實施例的用于衛星太陽電池陣的激光防護薄膜常態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果表明，經納用于衛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。
【主權項】
1.用于衛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合激光防護層。2.如權利要求1所述的用于衛星太陽電池陣的激光防護薄膜，其特征在于，所述復合激光防護層的厚度為20nm?100 nm。3.如權利要求1所述的用于衛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，在非晶光學襯底表面沉積復合激光防護層;關閉氧氣充氣閥，在流動氬氣氣氛中對復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.如權利要求1所述的用于衛星太陽電池陣的激光防護薄膜，其特征在于，所述用于衛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合激光防護層上。5.如權利要求4所述的用于衛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.如權利要求4所述的用于衛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)將經過標準RCA清洗后的非晶光學襯底放入全自動磁控濺射鍍膜機的轉臺上，開啟真空獲得設備，當真空室內本底真空達到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，在非晶光學襯底表面沉積厚度為20nm?10nm的復合激光防護層； 3)關閉氧氣充氣閥，在流動氬氣氣氛中對復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.如權利要求7所述的用于衛星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法，其特征在于，所述用于衛星太陽電池陣的激光防護薄膜的制備方法還包括:4)在復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.如權利要求8所述的用于衛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.如權利要求7所述的用于衛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】上海航天設備制造總廠