具有原子氧防護性的抗輻照玻璃蓋板薄膜及其制備方法與流程

本發(fā)明屬于光學(xué)薄膜領(lǐng)域，尤其是涉及具有原子氧防護性的抗輻照玻璃蓋板薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
：太陽電池在宇宙空間中會受高能射線和帶電粒子的輻射和轟擊，因此常在太陽電池表面粘貼空間用抗輻照玻璃蓋片。而太陽光垂直照射到玻璃蓋片表面時，約有4％的光反射損失，為了減少光損失，常在玻璃蓋片表面沉積1/4波長光學(xué)厚度的MgF2薄膜，理論上可以將降低太陽光垂直入射時的表面反射率，提高太陽電池組件的轉(zhuǎn)換效率。但是，在低地球軌道區(qū)域，環(huán)境組分中含有大量原子氧，約占80％，活性很高，具有強氧化性，有向材料表面輸送附加能量的能力,該能量足以引起高分子材料斷鏈并形成低分子物質(zhì),這些物質(zhì)及其氧化物的揮發(fā)造成材料的剝蝕。此外,原子氧會與航天器表面撞擊產(chǎn)生輝光放電,造成材料表面開裂、龜裂和局部燃燒及熔化等,太陽紫外線特別是真空紫外線與原子氧的共同作用還會加劇原子氧對一些材料的剝蝕效應(yīng)，嚴重影響到航天器的性能和使用壽命。粘貼玻璃蓋片的太陽電池組件在LEO中也會出現(xiàn)上述問題，在原子氧的強氧化性的作用下，MgF2逐漸被氧化為MgO。由于MgO的折射率約為1.74，當玻璃蓋片表面的MgF2被氧化后，蓋片的表面反射率將增加至11.0％，大大增加了太陽電池組件的表面光反射損失，對應(yīng)的太陽電池的輸出功率出現(xiàn)明顯的下降。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供具有原子氧防護性的抗輻照玻璃蓋板薄膜及其制備方法，解決抗輻照玻璃蓋片表面MgF2薄膜被低地球軌道區(qū)域中原子氧氧化變性，使太陽電池輸出功率下降的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：具有原子氧防護性的抗輻照玻璃蓋板薄膜，包括HfO2膜層和SiO2膜層兩種膜層，HfO2膜層折射率為1.93±0.02，SiO2膜層的折射率為1.45±0.01，HfO2膜層和SiO2膜層共18層，材料及厚度依次為：第1膜層材料為HfO2，厚度為10±1nm，第2膜層材料為SiO2，厚度為66±4nm，第3膜層材料為HfO2，厚度為15±1nm，第4膜層材料為SiO2，厚度為72±4nm，第5膜層材料為HfO2，厚度為22±2nm，第6膜層材料為SiO2，厚度為63±4nm，第7膜層材料為HfO2，厚度為30±2nm，第8膜層材料為SiO2，厚度為50±3nm，第9膜層材料為HfO2，厚度為43±3nm，第10膜層材料為SiO2，厚度為35±2nm，第11膜層材料為HfO2，厚度為53±3nm，第12膜層材料為SiO2，厚度為33±2nm，第13膜層材料為HfO2，厚度為49±3nm，第14膜層材料為SiO2，厚度為39±2nm，第15膜層材料為HfO2，厚度為39±2nm，第16膜層材料為SiO2，厚度為53±3nm，第17膜層材料為HfO2，厚度為21±2nm，第18膜層材料為SiO2，厚度為125±7nm。技術(shù)方案中，優(yōu)選的，膜層的厚度依次為：第1膜層為10nm，第2膜層為66nm，第3膜層為15nm，第4膜層為72nm，第5膜層為22nm，第6膜層為63nm，第7膜層材料為30nm，第8膜層為50nm，第9膜層為43nm，第10膜層為35nm，第11膜層為53nm，第12膜層為33nm，第13膜層為49nm，第14膜層為39nm，第15膜層為39nm，第16膜層為53nm，第17膜層為21nm，第18膜層為125nm。技術(shù)方案中，優(yōu)選的，HfO2膜層的折射率為1.93，SiO2膜層的折射率為1.45。一種制備上述抗輻照玻璃蓋板薄膜的方法，包括：對玻璃蓋片進行清洗預(yù)處理；在溫度不低于150℃的條件下，利用電子束熱蒸發(fā)的方法將膜層依次沉積到玻璃蓋片表面，蒸發(fā)源為直徑2-4mm的SiO2顆粒及直徑3-5mm的HfO2顆粒；在沉積過程中進行離子源輔助沉積，離子源以氬氣為介質(zhì)氣體，離子能量為80eV，束流為5A。技術(shù)方案中，優(yōu)選的，電子束熱蒸發(fā)依次沉積膜層過程中真空度條件不低于3.0×10-3Pa。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：使用HfO2和SiO2材料為表面薄膜材料，不會因被高活性的原子氧氧化而變性，提升了表面薄膜的化學(xué)穩(wěn)定性。同時，該薄膜是專為空間用抗輻照玻璃蓋片而設(shè)計的，材料折射率與玻璃蓋片形成良好的匹配，鍍膜后蓋片的透射率較高，有利于提高太陽電池組件的工作效率。在表面薄膜的沉積過程中全程使用離子源輔助沉積，增加了薄膜的附著力和牢固度，制備方式有利于規(guī)?；笈可a(chǎn)。附圖說明圖1是本發(fā)明具有原子氧防護功能的空間用抗輻照玻璃蓋片表面薄膜結(jié)構(gòu)示意圖圖2是沉積了1/4波長光學(xué)厚度的MgF2玻璃蓋片(a)和沉積了具有原子氧防護功能的表面薄膜的玻璃蓋片(b)的透射率曲線圖中：1、膜層12、膜層23、膜層34、膜層45、膜層56、膜層67、膜層78、膜層89、膜層910、膜層1011、膜層1112、膜層1213、膜層1314、膜層1415、膜層1516、膜層1617、膜層1718、膜層1819、玻璃蓋片具體實施方式下面對本發(fā)明實施例做進一步描述：為了制備出增透效果良好的表面薄膜，本發(fā)明中表面薄膜的設(shè)計采用了多層干涉介質(zhì)薄膜的設(shè)計。其包括HfO2膜層和SiO2膜層兩種膜層，HfO2膜層折射率控制在1.93±0.02，SiO2膜層的折射率控制在1.45±0.01，HfO2膜層和SiO2膜層共18層，材料及厚度依次為：膜層的材料及厚度最優(yōu)選擇為：膜層123456789材料HfO2SiO2HfO2SiO2HfO2SiO2HfO2SiO2HfO2厚度(nm)106615722263305043膜層101112131415161718材料SiO2HfO2SiO2HfO2SiO2HfO2SiO2HfO2SiO2厚度(nm)3553334939395321125將HfO2薄膜的折射率控制在1.93，SiO2薄膜的折射率控制在1.45取得的增透效果最好。該種表面薄膜的主要材質(zhì)為HfO2和SiO2，與常用的1/4波長光學(xué)厚度的MgF2薄膜相比不會因被高活性的原子氧氧化而變性，提升了表面薄膜的化學(xué)穩(wěn)定性。同時，該薄膜是專為空間用抗輻照玻璃蓋片而設(shè)計的，材料折射率與玻璃蓋片形成良好的匹配，鍍膜后蓋片的透射率較高，有利于提高太陽電池組件的工作效率。該具有原子氧防護性的抗輻照玻璃蓋板薄膜的制備方法為：將玻璃蓋片進行清洗預(yù)處理；將真空室內(nèi)烘烤加熱至150℃，真空度調(diào)為3.0×10-3Pa，利用電子束熱蒸發(fā)的方式在蓋片表面逐層沉積，蒸發(fā)源材料為直徑2mm-4mm的SiO2顆粒以及直徑3mm-5mm的HfO2顆粒；沉積過程中使用離子源進行輔助沉積，介質(zhì)氣體為氬氣，離子能量80eV，束流5A，該過程中，惰性氣體被電離后形成離子，離子被電場加速后轟擊向玻璃蓋片。離子轟擊給到達蓋片的膜料粒子提供足夠的動能，從而提高淀積粒子的遷移率，增加膜層聚集密度，填充膜內(nèi)空隙缺陷，可以使沉積的薄膜更加牢固。在沉積的過程中，使每層薄膜的厚度誤差控制在±5％，HfO2薄膜的折射率控制在1.93±0.02，SiO2薄膜的折射率控制在1.45±0.01。鍍膜完成后，利用分光光度計測量玻璃蓋片在280nm-1800nm范圍內(nèi)的透射率曲線，得到圖2中的結(jié)果。沉積了表面薄膜的玻璃蓋片在400nm-1800nm范圍內(nèi)的平均透射率為94.40％，其透射效果優(yōu)于MgF2蓋片的93.86％。本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是：該玻璃蓋片薄膜不會因被高活性的原子氧氧化而變性，化學(xué)穩(wěn)定性強，且由實驗數(shù)據(jù)可知其透射效果優(yōu)于MgF2蓋片，有利于提高太陽電池組件的工作效率。以上對本發(fā)明的一個實施例進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3