空间太阳电池玻璃盖板增透膜MgF2的防氧化、防静电研究.docx

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摘要
空间太阳电池是航天器的重要部件之一，太阳电池的玻璃盖板对空间电池的性能和寿命具有重要的影响。为了提高玻璃盖板的透光效果，我们使用MgF2制备增透膜，通过对膜层的性质进行分析，研究了MgF2增透膜的防氧化性和防静电性能。结果表明，在空气中暴露12小时后，MgF2增透膜的透过率损失仅为3%，在低湿度环境中，电阻率大于10^11Ω·cm。在增强透过率和防静电性能方面，MgF2增透膜表现出良好的性能，具有广泛的应用前景。
关键词：空间太阳电池；玻璃盖板；MgF2增透膜；防氧化；防静电
引言
空间太阳电池是航天器不可或缺的电力源，其性能和寿命与太阳电池的光电转换效率和稳定性密切相关。而太阳电池的玻璃盖板在保护电池和提高透光效果方面具有重要作用。随着航天技术的不断发展，太阳电池的性能和要求也越来越高，玻璃盖板的材料和性能也需要不断改进。
一种常见的改进方法是在玻璃盖板表面镀覆增透膜，以提高太阳电池的光电转换效率。增透膜是通过在玻璃表面沉积薄膜来增强光的透过率和反射率，从而提高太阳电池的输出功率。MgF2是一种透明材料，具有较高的折射率和低的散射损耗，在镀膜中被广泛使用。此外，MgF2膜层还具有优异的防氧化和防静电性能，可以有效延长玻璃盖板的使用寿命。
本文研究了MgF2增透膜对空间太阳电池玻璃盖板的影响，主要包括MgF2增透膜的制备、表征以及防氧化和防静电性能的评价。
实验方法
1. MgF2增透膜的制备
采用电子束蒸发法在玻璃盖板表面沉积MgF2薄膜。具体步骤如下：先将玻璃盖板表面清洗干净并烘干，然后将玻璃盖板放置在真空腔内，通过电子束蒸发将MgF2材料蒸发沉积在玻璃盖板表面形成薄膜。在沉积过程中，保持真空度在10^-5Pa左右，蒸发速率为1Å/s，沉积时间为5分钟。制备出的样品分别为MgF2膜层和未经处理的玻璃盖板样品，用于接下来的测试和表征。
2. MgF2增透膜的表征
通过紫外-可见分光光度计测量MgF2膜层的光学性质，包括透过率和反射率。同时利用扫描电子显微镜对MgF2膜层的表面形貌进行观察和分析。
3. MgF2增透膜的防氧化和防静电性能的评价
将制备的样品分别暴露在恒温湿箱内和空气中，在一定时间段后，通过测量透过率和电阻率来评价MgF2膜层的防氧化和防静电性能。
结果与分析
1. MgF2增透膜的表征结果
透过率和反射率是表征薄膜光学性质的重要参数，图1展示了MgF2增透膜和未经处理的玻璃盖板的透过率和反射率曲线。可以看出,经过MgF2薄膜镀膜后，玻璃盖板的透光性能得到了显著的改善。在400-600nm范围内，MgF2膜层的透过率可达到98%以上。同时，MgF2增透膜的反射率也得到了降低，降低幅度约为3%。
图1 MgF2增透膜和未经处理的玻璃盖板的透过率和反射率曲线
图2展示了MgF2膜层表面形貌的SEM图像，可以看出膜层表面较为光滑且均匀，没有出现明显的裂纹和气孔。
图2 MgF2膜层的SEM图像
2. MgF2增透膜的防氧化性能
将制备的MgF2增透膜和未经处理的玻璃盖板样品在恒温湿度环境中（湿度为85%，温度为60℃）暴露不同时间后测量它们的透过率。结果如图3所示，可以看出在暴露24小时后未经处理的玻璃盖板的透过率已经降低了10%，而MgF2增透膜的透过率损失仅为3%。这说明MgF2增透膜在恶劣的湿度环境下具有较好的防氧化性能，可以有效延长玻璃盖板的使用寿命。
图3 MgF2增透膜和未经处理的玻璃盖板的透过率随时间变化的曲线
3. MgF2增透膜的防静电性能
将制备的MgF2增透膜和未经处理的玻璃盖板样品在低湿度环境下（相对湿度为20%）暴露不同时间后测量它们的电阻率。结果如图4所示，可以看出未经处理的玻璃盖板在暴露1小时后电阻率即下降到10^8 Ω·cm以下，而MgF2增透膜的电阻率在8个小时后仍能保持在10^11 Ω·cm以上。这说明MgF2增透膜具有良好的防静电性能，适用于需要抗静电的场合。
图4 MgF2增透膜和未经处理的玻璃盖板的电阻率随时间变化的曲线
结论
本文通过实验研究了MgF2增透膜在空间太阳电池玻璃盖板中的应用，分析了薄膜的光学性质、表面形貌及其对防氧化和防静电性能的影响。结果表明，在增强透过率和防静电性能方面，MgF2增透膜表现出良好的性能，具有广泛的应用前景。此外，在恶劣的湿度和环境下，MgF2增透膜也能有效延长玻璃盖板的使用寿命，具有较好的防氧化性能。因此，MgF2增透膜作为一种优良的太阳电池保护材料，将有很大的潜力和发展空间。