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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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第1章 绪 论

1.1空间太阳电池玻璃盖板及表面处理

1.2 MgF2薄膜研究现状

1.3 ITO薄膜研究现状

1.4 MgF2薄膜和ITO薄膜的制备方法

1.5 MgF2薄膜和ITO薄膜性能改善方法

1.6 ITO/MgF2复合薄膜的应用及研究现状

1.7 研究背景及主要内容

第2章 实验方法

2.1光学薄膜设计与模拟软件

2.2薄膜衬底及其预处理

2.3薄膜的制备装置及工艺

2.4离子束轰击装置及工艺

2.5薄膜的组织结构表征方法

2.6薄膜的性能测试方法

第3章 ITO/MgF2复合薄膜光学设计

3.1 引言

3.2 不同厚度单层MgF2薄膜透过率模拟

3.3 ITO/MgF2复合薄膜中ITO薄膜膜厚设计

3.4 ITO/MgF2复合薄膜中MgF2薄膜膜厚设计

3.5 小结

第4章 直接沉积法制备ITO/MgF2复合薄膜

4.1 引言

4.2 ITO防静电层工艺参数调控

4.3 MgF2增透层工艺参数调控

4.4小结

第5章 离子束斜角轰击减薄法制备ITO/MgF2复合薄膜

5.1引言

5.2 氩离子屏压对ITO薄膜结构、表面形貌及光电性能的影响

5.3氩离子束流对ITO薄膜结构、表面形貌及光电性能的影响

5.4 氩离子束斜角轰击减薄法制备ITO/MgF2复合薄膜

5.5 小结

结论

参考文献

附录A 读研期间发表学术论文和参与科研项目

致谢

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摘要

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11.11nm/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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