空间太阳电池玻璃盖板表面ITO/MgF2复合增透防静电薄膜研究

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MgF2薄膜由于其优良的透过率通常在空间太阳电池玻璃盖板表面作为增透膜使用,但由于其电阻率较高,在空间环境中卫星遭遇太阳风暴等带电粒子轰击时,会在MgF2增透太阳电池玻璃盖板表面集聚电荷,使其表面不均匀充电。为了实现表面等电位,需在MgF2薄膜表面镀制一层氧化铟锡(ITO)防静电薄膜。本文首先利用TFCalc软件对ITO/MgF2复合薄膜进行了膜层设计,在此基础上对直接沉积制备复合薄膜过程中各膜层的最优厚度以及最优镀制工艺进行了研究;随后对氩离子斜角轰击减薄法制备超薄ITO薄膜的工艺进行了探究,并对两种方法制备出来的ITO/MgF2复合薄膜进行了对比分析。利用TFCalc软件对单层MgF2薄膜以及ITO/MgF2复合薄膜的透过率曲线进行模拟发现,随着MgF2薄膜厚度增加,单层MgF2薄膜及ITO/MgF2复合薄膜在可见光区间(400~800 nm)的平均透过率均呈周期性变化;随着ITO薄膜厚度增加,复合薄膜的平均透过率单调降低。采用电子束蒸发法直接制备ITO/MgF2复合薄膜,对ITO防静电层沉积工艺研究发现,降低ITO沉积速率可以提高复合薄膜的光学性能,但电学性能反而变差;沉积温度的提高可以显著改善复合薄膜的光电性能;随着工作气压的增大复合薄膜的光学和电学性能均先变好后变差,当工作气压为2.3×10-2 Pa时,复合薄膜具有最优的光电性能,最终得到ITO薄膜的最优沉积工艺为沉积速率0.05 nm/s、沉积温度400℃、工作气压2.3×10-2 Pa。在此基础上对ITO防静电层连续性进行研究,当ITO薄膜厚度为10 nm时,表层ITO薄膜基本连续,其方块电阻1.76 KΩ/□已符合设计需求,ITO/MgF2复合薄膜在可见光区间的平均透过率达到89.88%,可以作为增透膜表面防静电层的最优设计厚度。随后对复合薄膜中的MgF2增透层进行研究,当MgF2薄膜厚度为90nm、沉积速率为0.1 nm/s时,复合薄膜在可见光区间的平均透过率具有最大值92.27%。采用氩离子斜角轰击减薄法制备ITO/MgF2复合薄膜,在屏压为400V、束流为30mA的氩离子束轰击下,ITO薄膜具有]1.11nm/min较小的减薄速率,轰击后仍具有较好的导电性能。在现有实验条件下,由于减薄过程中表层ITO薄膜的厚度难以精确控制,离子束轰击后表面粗糙度增大,导致减薄法制备的复合薄膜综合性能并没有直接沉积法的好。
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