CN109786490A - 一种太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法及银镀金太阳电池互连片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳电池技术领域，具体涉及一种太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法，包括以银箔为互连片基底，使用电子束真空蒸镀的方法在银箔的两面蒸镀金层。优选的，还包括在对银箔的两面蒸镀金之前使用溶剂清洗银箔的表面，更优选的，使用溶剂清洗银箔的表面包括：使用乙酸乙酯清洗银箔的表面，然后使用丙酮清洗银箔的表面。经蒸镀得到的银镀金材料处在原子氧迎风面情况下，镀金层可以有效起到保护银基底的效果，互连片不会发生损伤，且蒸镀的金膜致密性好、纯度高、膜厚均匀。
Description
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，尤其是涉及一种太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法及银镀金太阳电池互连片。
背景技术
原子氧是存在于低地球轨道(200km～600km)环境中的主要化学物质，虽然在空间高真空环境下原子氧的数密度并不高，但由于飞行器的运行速度大，因此粒子有较大的通量和较高的撞击动能。当飞行器以轨道速度在LEO环境中运行时，原子氧撞击飞行器表面的通量和平均动能分别为1014～1015atoms/(cm2·s)和5eV，再加上原子氧本身具有很强的氧化性,因此这一过程中将会发生复杂的物理、化学变化，引起材料的剥蚀和性能的退化。目前空间太阳电池阵组件之间的互连片大都用银互连片，但是国外空间飞行试验指出，暴露在空间原子氧环境下的银材料会遭受严重的氧化，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，最终导致银互连片可能会被完全氧化，失去其导电性能。
为了解决这一难题，研究者提出了在银材料进行表面处理改性方法，包括：在银材料表面喷涂DC1200、SWSV10硅涂层，在银材料电镀一层防护金属，将涂层和电镀相结合等方法。但这些方法都存在一定的缺陷，如空间飞行中产生的热循环应力、热疲劳会造成涂层开裂和脱落电镀金属层一般都有缺陷，原子氧侵蚀仍将发生。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法及银镀金太阳电池互连片，经蒸镀得到的银镀金材料处在原子氧迎风面情况下，镀金层可以有效起到保护银基底的效果，互连片不会发生损伤，且蒸镀的金膜致密性好、纯度高、膜厚均匀。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法，包括以银箔为互连片基底，使用电子束真空蒸镀的方法在银箔的两面蒸镀金层。
经电子束真空蒸镀后在作为互连片基底的银箔的正反两面各形成一层金膜，金原子不与原子氧发生反应，当太阳电池阵正常飞行时，银镀金材料正面处在原子氧迎风面情况下，镀金层可以有效的起到保护银基底的效果，不会导致互连片发生损伤。
使用电子真空蒸镀的方法：1.与电镀、化学镀方法不同，电子束蒸发过程是在相对较高的真空环境下进行，可以避免镀液对薄膜造成的污染。在电子束蒸发过程中，被加热的物质被置于坩埚中，电子束只轰击到其中很少的一部分物质，其余的大部分物质在坩埚的冷却作用下一直处于较低的温度，因此可以避免坩埚材料对薄膜的污染。2.蒸镀过程中无需加入反应气体，真空室的环境气压可以优于10-2Pa，降低了残余气体分子对薄膜的影响，薄膜致密度较高，通过对制备工艺的调控和优化，还可以进一步提升薄膜的致密度。在真空中，采用电子束激发，将金材料蒸发，金原子以极高的速度高速撞击银箔表面，在银箔表面沉积，形成致密的金膜。薄膜的形成一般分为凝结过程、核形成与生长过程、薄膜形成与结合生长过程。薄膜的生长模式主要有三种；岛状生长模式、层状-岛状生长模式和层状生长模式。银箔表面镀制金薄膜，两者的晶格错配度极小，且润湿性良好，因此，金薄膜的生长趋向于层状生长模式。金原子在银基底表面吸附凝结形成金原子对或小原子团，通过反复碰撞释放，原子团进一步与其他吸附原子碰撞结合，只向着长大方向发展形成稳定的原子团，通过再捕获其它吸附金原子或入射的金原子进一步长大成为薄膜，形成一层致密的金膜，金膜按照层状模式进行生长，可以在一定程度上缓解岛状模式下镀层中容易富集空洞等缺陷的影响，使薄膜的致密度得到提升，获得致密性好、纯度高、膜厚均匀的涂层。过程中通过控制蒸发速率、及沉积厚度等工艺参数，制备满足技术要求的银镀金材料。
技术方案中，优选的，还包括在对银箔的两面蒸镀金之前使用溶剂清洗银箔的表面，防止银箔表面的杂质影响真空蒸镀过程，使蒸镀得到的金膜致密性不高，厚度不均一。
技术方案中，优选的，使用溶剂清洗银箔的表面包括：使用乙酸乙酯清洗银箔的表面，然后使用丙酮清洗银箔的表面。
技术方案中，优选的，电子束真空蒸镀使用的电子束蒸发源选择e型电子枪。采用e型电子枪，由加热的灯丝发射出来的电子束经过磁场偏转270°后到达被轰击的坩埚处，可以避免灯丝材料的蒸发对沉积薄膜造成的污染。
技术方案中，优选的，在银箔的表面蒸镀金层厚度为2μm-5μm。
技术方案中，优选的，电子束真空蒸镀过程的蒸发速率为
本发明的另一目的是提供使用上述的太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法处理得到的银镀金太阳电池互连片。
本发明具有的优点和积极效果是：
1.使用电子束真空蒸镀的方法在作为太阳电池互连片基底的银箔的正反面各生成一层金膜，金不与原子氧发生反应，当太阳电池阵正常飞行时，银镀金材料正面处在原子氧迎风面情况下，镀金层可以有效的起到保护银基底的效果，不会导致互连片发生损伤；
2.使用电子束真空蒸镀金膜的方法，由于在真空下制备薄膜，环境清洁，膜不易受污染，可获得致密性好、纯度高、膜厚均匀的涂层；
3.使用电子束真空蒸镀金膜的方法获得的金膜的厚度可控，可制备各种不同功能性薄膜；
4.使用电子束真空蒸镀金膜的方法形成的金膜与基体附着强度好，膜层牢固；
5.电子束真空蒸镀过程不产生废液，可避免对环境的污染。
附图说明
图1是经本发明实施例的太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法处理后得到的银镀金太阳电池互连片的结构示意图。
图中：
1、金层 2、基体银箔 3、金层
具体实施方式
空间太阳电池阵组件之间的互连片大都使用银互连片，在空间原子氧环境下，由于飞行器运行速度大，粒子有较高的撞击动能，使连接片的银材料遭受严重的氧化，生成不导电的氧化物，影响太阳电池阵的正常工作和使用寿命，而现有技术中，为了防止这一问题的发生，多在银材料表面喷涂DC1200、SWSV10硅涂层，或在银材料电镀一层防护金属，将涂层和电镀相结合等，这些方法都存在一定缺陷，空间飞行中产生的热循环应力、热疲劳会造成涂层开裂和脱落电镀金属层一般都有缺陷，原子氧侵蚀仍会发生。
为了解决这一问题，本发明提供了一种太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法，包括以银箔为互连片基底，使用电子束真空蒸镀的方法在银箔的两面蒸镀金层。
经电子束真空蒸镀后在作为互连片基底的银箔的正反两面各形成一层金膜，金原子不与原子氧发生反应，当太阳电池阵正常飞行时，银镀金材料正面处在原子氧迎风面情况下，镀金层可以有效的起到保护银基底的效果，不会导致互连片发生损伤。
使用电子真空蒸镀的方法：1.与电镀、化学镀方法不同，电子束蒸发过程是在相对较高的真空环境下进行，可以避免镀液对薄膜造成的污染。在电子束蒸发过程中，被加热的物质被置于坩埚中，电子束只轰击到其中很少的一部分物质，其余的大部分物质在坩埚的冷却作用下一直处于较低的温度，因此可以避免坩埚材料对薄膜的污染。2.蒸镀过程中无需加入反应气体，真空室的环境气压可以优于10-2Pa，降低了残余气体分子对薄膜的影响，薄膜致密度较高，通过对制备工艺的调控和优化，还可以进一步提升薄膜的致密度。在真空中，采用电子束激发，将金材料蒸发，金原子以极高的速度高速撞击银箔表面，在银箔表面沉积，形成致密的金膜。薄膜的形成一般分为凝结过程、核形成与生长过程、薄膜形成与结合生长过程。薄膜的生长模式主要有三种；岛状生长模式、层状-岛状生长模式和层状生长模式。银箔表面镀制金薄膜，两者的的晶格错配度极小，且润湿性良好，因此，金薄膜的生长趋向于层状生长模式。金原子在银基底表面吸附凝结形成金原子对或小原子团，通过反复碰撞释放，原子团进一步与其他吸附原子碰撞结合，只向着长大方向发展形成稳定的原子团，通过再捕获其它吸附金原子或入射的金原子进一步长大成为薄膜，形成一层致密的金膜，金膜按照层状模式进行生长，可以在一定程度上缓解岛状模式下镀层中容易富集空洞等缺陷的影响，使薄膜的致密度得到提升，获得致密性好、纯度高、膜厚均匀的涂层。过程中通过控制蒸发速率、及沉积厚度等工艺参数，制备满足技术要求的银镀金材料。
技术方案中，优选的，还包括在对银箔的两面蒸镀金之前使用溶剂清洗银箔的表面，防止银箔表面的杂质影响真空蒸镀过程，使蒸镀得到的金膜致密性不高，厚度不均一。
技术方案中，优选的，使用溶剂清洗银箔的表面包括：使用乙酸乙酯清洗银箔的表面，然后使用丙酮清洗银箔的表面。
技术方案中，优选的，电子束真空蒸镀使用的电子束蒸发源选择e型电子枪。采用e型电子枪，由加热的灯丝发射出来的电子束经过磁场偏转270°后到达被轰击的坩埚处，可以避免灯丝材料的蒸发对沉积薄膜造成的污染。
技术方案中，优选的，在银箔的表面蒸镀金层厚度为2μm-5μm。
技术方案中，优选的，电子束真空蒸镀过程的蒸发速率为
本发明的另一目的是提供使用上述的太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法处理得到的银镀金太阳电池互连片。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步介绍：
本实施例所述的太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法具体处理过程如下：
1.银材料基底处理
将固定有银箔的承载器放入盛有乙酸乙酯的洁净容器中，用乙酸乙酯溶液清洗银箔。随后将银箔取出放入盛有丙酮的洁净容器中，用丙酮溶液清洗银箔。
将清洗好的银箔放在干净的进口无尘纸上，用另一张干净进口无尘纸覆盖在银箔上，吹干银箔上的多余溶液。银箔清洗晾干后进行外观检查，放入储存盒中储存。
2、正面蒸镀：
将银箔从清洗承载器平移到镀金圆盘承载器上，将银箔固定在镀金圆盘承载器底座上，固定银箔条。
依次放入所有银箔条，在放入银箔条前，先用丙酮棉球和酒精棉球擦拭银箔条蒸镀面，将污染去除。若不能完全去除，则需重新放入新的银箔条。
将承载器装入真空室中，将清洁处理好的适量的金放入对应坩埚内，料高度应低于坩埚高度。关闭真空室门，并抽真空。
电子束蒸发源选择e型电子枪自动蒸发模式蒸镀金层。根据所需蒸镀金层的厚度设定蒸镀速率和冷却时间，工艺程序起始真空度不低于8.0×10-4Pa。启动程序进行自动蒸镀，蒸镀完成后记录蒸镀金层的时间。
3、背面蒸镀
正面蒸镀完毕后，真空室充气，取出陪片并测量厚度。检查承载器表面无多余物，将银箔条上、下翻转，避免手直接接触银箔蒸镀面，并检查带蒸镀面银箔的外观，应无明显发白或污染痕迹。
采用电子枪自动蒸发模式蒸镀金层。根据所需蒸镀金层的厚度设定蒸镀速率和冷却时间，工艺程序起始真空度不低于8.0×10-4Pa。启动程序进行自动蒸镀，蒸镀完成后记录蒸镀金层的时间。
根据地轨飞行期间的原子氧总累积量为5.05×1026个/m2(10年)，7.83×1026/m2(15年)，开展了原子氧环境模拟试验。试验结果证明真空蒸镀金膜后的互连片可以耐受15年剂量7.83×1026/m2的原子氧侵蚀。
用台阶仪测量陪片，镀层厚度均匀性满足±0.5μm。
图1为经本实施例所述的太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法处理后互连片的结构示意图。本实施例所述的太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法处理后的连接片，其镀金层可以有效起到保护银基底的效果，太阳电池互连片在空间原子氧环境下不会被原子氧侵蚀，且电子束真空蒸镀得到的金膜致密性好、纯度高、膜厚均匀的涂层。
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 (7)
1.一种太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法，其特征在于：包括以银箔为互连片基底，使用电子束真空蒸镀的方法在所述银箔的两面蒸镀金层。
2.根据权利要求1所述的太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法，其特征在于：还包括在对所述银箔的两面蒸镀金之前使用溶剂清洗所述银箔的表面。
3.根据权利要求2所述的太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法，其特征在于：使用溶剂清洗所述银箔的表面包括：使用乙酸乙酯清洗所述银箔的表面，然后使用丙酮清洗所述银箔的表面。
4.根据权利要求1-3任一所述的太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法，其特征在于：所述电子束真空蒸镀使用的电子束蒸发源选择e型电子枪。
5.根据权利要求1-4任一所述的太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法，其特征在于：在所述银箔的表面蒸镀金层厚度为2μm-5μm。
6.根据权利要求1-5任一所述的太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法，其特征在于：所述电子束真空蒸镀过程的蒸发速率为
7.使用如权利要求1-6任一所述的太阳电池互连片防原子氧侵蚀的方法处理得到的银镀金太阳电池互连片。
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