CN111129193A - 一种空间太阳电池用原子氧防护银互连片及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空间太阳电池用原子氧防护银互连片及制备方法，属于空间电源技术领域，所述空间太阳电池用原子氧防护银互连片由银箔材质制成；其特征在于，在所述银箔的上下表面均镀有钯层；在所述钯层的表面均镀有金层；所述钯层的厚度范围是0.5μm‑1μm；所述金层的厚度范围是1.5μm‑2.5μm。使用离子源进行银箔的预清洗和金属镀层的辅助沉积，可以大大提高薄膜的牢固度，降低膜层的孔隙度，从而提高产品的可靠性，增强原子氧防护能力。由于离子源的辅助和隔离保护层钯的使用，金层的厚度得以降低，产品的生产成本大大下降。同时，钯层有效阻隔了金银之间的扩散，避免了银迁移现象的出现，增强了产品的环境耐受性。
Description
技术领域
本发明属于空间电源技术领域，尤其是涉及一种空间太阳电池用原子氧防护银互连片及制备方法。
背景技术
在低地球轨道区域(200km～600km)，环境组分中含有大量原子氧，原子氧的活性很高，具有极强的氧化性。当卫星在此区域内高速运行时，原子氧会对裸露在环境中的卫星组件产生很大的剥蚀和氧化作用，从而导致组件部分甚至整体失效。
互连片是卫星太阳电池阵中连接单体太阳电池的重要部件，单体太阳电池经互连片串联后能够实现满足卫星负载的电流输出。互连片的主体材质是数十微米厚的银箔，银互连片在低地球轨道内的原子氧环境下会遭受严重的氧化，生成不导电的氧化物，从而影响太阳电池阵的正常工作和使用寿命。而且所生成的氧化物结构松散，容易脱落，极有可能最终导致太阳电池阵大面积断路，卫星丧失在轨工作能力。
目前的空间产品中，常用的原子氧防护措施是在需要暴露于原子氧环境中的组件表面涂覆保护性材料，例如ITO-MgF2混合涂层、SiO2-TiO2混合涂层以及聚硅氧烷等。其中ITO-MgF2涂层有被原子氧氧化而发生变性的风险，其他材料又都属于绝缘材料，会影响互联片和电池间的焊接和组装，因此均不适用于银互连片的原子氧防护。
中国专利(公布号：CN 109786490 A)提出了一种采用电子束热蒸发方式，在银箔表面蒸镀厚度为2μm-5μm的金层来实现原子氧防护的方法。金层的厚度较厚，能够有效阻碍原子氧对于银互连片的氧化剥离，而且金层具有较好地可焊性和结合力，能够适用于互连片的焊接和组装。
但是单纯使用电子束热蒸发进行金层沉积，沉积得到的金层均匀性较差、孔隙度较大。为了增强可靠性不得不增加金层的厚度，这使得产品的成本大大增加。另一方面，由于金和银的原子体积和共价半径比较相近，在金银界面比较容易发生金属间的扩散，如果金镀层表面存在微孔，在潮湿的储存环境下，银迁移作用会十分显著，最终将在金层表面出现氧化银杂质，对后续生产及产品可靠性造成不利影响。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种空间太阳电池用原子氧防护银互连片及制备方法，用于提高空间太阳电池用原子氧防护银互连片的原子氧防护能力和可靠性。
本发明的第一发明目的是提供一种空间太阳电池用原子氧防护银互连片，由银箔材质制成；在所述银箔的上下表面均镀有钯层；在所述钯层的表面均镀有金层。
进一步，所述钯层的厚度范围是0.5μm-1μm。
进一步，所述金层的厚度范围是1.5μm-2.5μm。
本发明的第二发明目的是提供一种制备空间太阳电池用原子氧防护银互连片的方法，包括如下步骤：
S1、在银箔表面沉积钯层作为隔离保护层；
S2、在钯层表面沉积金层作为原子氧防护层。
进一步，在S1之前还包括：对银箔进行预处理；具体为：
首先清洗银箔；
然后将银箔铺平固定在蒸发源正上方的工件盘上，当真空室内的真空度达到1×10-3Pa时开启离子源，进行银箔表面的预清洁；所述离子源为霍尔离子源，工作气体为氩气；
随后通入氩气后将真空室内压强控制在1×10-2Pa-2×10-2Pa，阳极加速电压80V-200V，电子束流2.5A-6.5A；依靠离子源发射出的氩原子去除银箔表面的杂质和沾污；工件盘旋转速度为5r/min-10r/min，预处理时长为5min-10min。
进一步，在所述S1和S2中，离子源为开启状态。
进一步，所述所述S1具体为：蒸镀钯层的厚度为0.5μm-1μm，沉积速率为0.5nm/s-1nm/s。
进一步，所述所述S2具体为：蒸镀金层的厚度为1.5μm-2.5μm，沉积速率为0.5nm/s-1nm/s。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明使用离子源进行银箔的预清洗和金属镀层的辅助沉积，可以大大提高薄膜的牢固度，降低膜层的孔隙度，从而提高产品的可靠性，增强原子氧防护能力。由于离子源的辅助和隔离保护层钯的使用，金层的厚度得以降低，产品的生产成本大大下降。同时，钯层有效阻隔了金银之间的扩散，避免了银迁移现象的出现，增强了产品的环境耐受性。
附图说明
图1是本发明优选实施例的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
请参阅图1；
本发明提供一种空间太阳电池用原子氧防护银互连片，采用电子束热蒸发、离子源辅助的方式，在银箔表面首先沉积一层钯作为隔离保护层，再沉积一层金作为原子氧防护层。钯的原子体积和共价半径均小于金和银，能够有效阻隔金层和银层间的扩散，降低银迁移对产品外观及可靠性的影响。同时钯与金和银均有良好的结合力，使得镀层的牢固度能够满足技术要求。由于存在隔离保护层，可以减少金的厚度，进一步降低产品的生产成本。
将清洗干净的银箔铺平固定在蒸发源正上方的工件盘上，当真空室内的真空度达到1×10-3Pa时开启离子源，进行银箔表面的预清洁。离子源为霍尔离子源，工作气体为氩气，通入氩气后真空室内压强控制在1×10-2Pa-2×10-2Pa，阳极加速电压80V-200V，电子束流2.5A-6.5A。离子源发射出的氩原子能够有效去除银箔表面的杂质和沾污，提高成膜质量。工件盘旋转速度为5r/min-10r/min，预处理5min-10min后开始进行金属蒸镀。
金属蒸镀过程中，离子源继续保持开启状态，此操作能够增加薄膜的牢固度，降低膜层表面的孔隙率，使膜层沉积速率更加稳定，膜层厚度更加均匀。膜层的沉积速率不宜过高，避免成膜过程中产生局部孔隙。首先蒸镀钯层，厚度为0.5μm-1μm，沉积速率为0.5nm/s-1nm/s。接着蒸镀金层，厚度为1.5μm-2.5μm，沉积速率为0.5nm/s-1nm/s。
单面蒸镀结束后充气取出工件盘，翻转银箔后依照上述操作进行背面蒸镀，最终得到的原子氧防护银互连片如图1所示。
一种制备空间太阳电池用原子氧防护银互连片的方法，包括如下步骤：
(1)银箔经过化学清洗处理，去除表面的有机沾污和无机杂质。
(2)将银箔平铺并固定在工件盘上，工件盘固定在真空镀膜机内，银箔处于蒸发源的正上方。
(3)关闭真空室舱门，抽真空至1×10-3Pa时开启离子源，进行银箔表面的预清洁。通入工作气体氩气，真空室内压强为1.5×10-2Pa，设置阳极加速电压为100V，电子束流为3.5A，工件盘旋转速度为5r/min。离子源起辉后预处理8min后开始进行金属蒸镀。
(4)金属蒸镀过程中，离子源继续保持工作状态。首先蒸镀钯层，厚度设置为0.8μm，沉积速率为0.8nm/s。钯层蒸镀结束后蒸镀金层，厚度设置为2μm，沉积速率为0.8nm/s。
(5)蒸镀结束后冷却30min，打开真空室，取出工件盘，翻转银箔后重复(3)、(4)中的操作，蒸镀结束后取出产品得到原子氧防护银互连片。
(6)通过上述方式制备的原子氧防护银互连片经胶带剥离和弯折试验后，镀层无起皮剥落，镀层结合力满足要求。经原子氧环境试验，原子氧防护银互连片有较强的原子氧耐受性，其外部镀层对银箔基底具有良好的保护作用。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种空间太阳电池用原子氧防护银互连片；由银箔材质制成；其特征在于，在所述银箔的上下表面均镀有钯层；在所述钯层的表面均镀有金层。
2.根据权利要求1所述的空间太阳电池用原子氧防护银互连片，其特征在于，所述钯层的厚度范围是0.5μm-1μm。
3.根据权利要求1所述的空间太阳电池用原子氧防护银互连片，其特征在于，所述金层的厚度范围是1.5μm-2.5μm。
4.一种制备权利要求1所述空间太阳电池用原子氧防护银互连片的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在银箔表面沉积钯层作为隔离保护层；
S2、在钯层表面沉积金层作为原子氧防护层。
5.根据权利要求4所述空间太阳电池用原子氧防护银互连片的制备方法，其特征在于，在S1之前还包括：对银箔进行预处理；具体为：
首先清洗银箔；
然后将银箔铺平固定在蒸发源正上方的工件盘上，当真空室内的真空度达到1×10-3Pa时开启离子源，进行银箔表面的预清洁；所述离子源为霍尔离子源，工作气体为氩气；
随后通入氩气后将真空室内压强控制在1×10-2Pa-2×10-2Pa，阳极加速电压80V-200V，电子束流2.5A-6.5A；依靠离子源发射出的氩原子去除银箔表面的杂质和沾污；工件盘旋转速度为5r/min-10r/min，预处理时长为5min-10min。
6.根据权利要求4或5所述空间太阳电池用原子氧防护银互连片的制备方法，其特征在于，在所述S1和S2中，离子源为开启状态。
7.根据权利要求4或5所述空间太阳电池用原子氧防护银互连片的制备方法，其特征在于，所述所述S1具体为：蒸镀钯层的厚度为0.5μm-1μm，沉积速率为0.5nm/s-1nm/s。
8.根据权利要求4或5所述空间太阳电池用原子氧防护银互连片的制备方法，其特征在于，所述所述S2具体为：蒸镀金层的厚度为1.5μm-2.5μm，沉积速率为0.5nm/s-1nm/s。
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| CN113459609B (zh) * | 2021-06-30 | 2023-04-28 | 中南大学 | 一种太阳能电池阵互连材料及其制备方法 |
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