基于网格状ITO薄膜的航天器太阳电池阵静电放电防护

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaOct．252015V01．36No．103494．3500ISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．CR基于网格状ITO薄膜的航天器太阳电池阵静电放电防护刘浩1，刘尚合1’*，苏银涛1，孙永卫1，曹鹤飞1'21．军械工程学院静电与电磁防护研究所，石家庄0500032．石家庄学院物理系，石家庄050003摘要：表面蒸镀ITO薄膜是解决航天器太阳电池阵充放电问题的有效

2、途径。薄膜会降低可见光透射率并增加航天器载荷，为此，提出一种网格状ITO薄膜解决方案。通过光学性能测试和电子辐照材料表面起电实验研究，分别给出了可见光平均透射率与薄膜覆盖率、表面电位与薄膜覆盖率的关系表达式，总结了平均透射率和表面电位随薄膜覆盖率的变化规律。结果表明，在380～780nm可见光范围内，薄膜覆盖率每增加10％，平均透射率下降约0．7％；薄膜覆盖率为10％的样品表面电位比无薄膜覆盖降低54％；在薄膜覆盖率为10％～i00％范围内，表面电位随覆盖率增大近似呈线性下降，薄膜覆盖率每增加10％，表面电位降低约9％。

3、该研究结论可为航天器太阳电池阵静电防护研究提供有益参考。关键词：航天器；ITO薄膜；网格状；太阳电池阵；透射率；表面电位；静电放电防护中图分类号：V254．2；TM914文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)10—3494—07在航天领域，太阳电池阵将光能转化为电能，是航天器获取能量的主要途径。然而，在轨运行期间，受等离子体、高能带电粒子以及太阳辐射等环境的影响，航天器表面介质材料会沉积电荷[1≈]。太阳电池阵由于面积大、介质材料种类多，表面带电不均匀，容易发生静电放电(Electro—staticDis

4、charge，ESD)，诱发太阳电池阵二次放电，造成功率损失并导致太阳电池阵永久性短路，影响航天器的安全运行和使用寿命[3书]。为此，国内外学者提出了控制电池串间电压、减小维持二次放电串电流[7]、电池串间填涂室温硫化硅橡胶(RoomTemperatureVulcanized，RTV)L89

5、、电位主动控制[10]及电池片表面蒸镀透明导电氧化物(TransparentConductiveOxide，TC0)薄膜[1卜”]等方法，缓解航天器太阳电池阵充放电问题。IT0(IndiumTin0xide)薄膜是一种N型半导体透明

6、导电氧化物薄膜。具有可见光透射率高(≥90％)、电阻率低(可达1×10叫Q·cm)、与大部分衬底材料附着性良好、硬度高、耐磨损等特点，在太阳电池透明电极领域得到广泛应用[14‘18

7、。通过蒸镀ITO薄膜，使太阳电池阵表面与航天器的“结构地”相连，在太阳电池阵表面形成电荷通路，将表面沉积电荷通过互连网络泄放，使太阳电池阵表面等电位，从而有效地解决太阳电池阵充放电的问题。此方法已成功应用于我国“地球探测双星计划”，通过蒸镀ITO薄膜，使太阳电池阵表面任意两点之间电位差不超过±1V[12】。然而，大面积蒸镀ITO薄膜会降低可收

8、稿日期：2014-10—13；退修日期：2014-11-04；录用日期：2014—11—21；网络出版时间：2014—11—2411：11网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／doi／10．7527／$1000-6893．2014．0320．html基金项目：国家“973”计划(613211)*通讯作者．Tel．：0311—87992011E—mail：liushh@cae．on}

9、用榕武IL

10、uH。LluSH．SuYT．etal．Electrostaticdischargeprotectionofspacec

11、raRso

12、arcellarraybasedonmeshed／TOfllmEJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015，36(10)：3494．3500．列浩．刘尚合，苏银涛，等．基f网榕状／TO薄膜的兢天器太阳电池阵静电放电防护￡J]．航空学报，2015．36(10)：3494-3500．刘浩等：基于网格状lT()薄膜的航天器太阳电池阵静电放电防护见光透射率，降低太阳电池阵光电转换效能；此外，薄膜还会增加航天器的载荷。基于上述问题，本文提出一种网格状lTO薄膜太阳电池，采用电

13、子束蒸发EloI和光刻技术瞳叩进行制备，并利用分光光度计和电晕喷电法对不同薄膜覆盖率的电池阵样品的光电性能进行测试，研究薄膜覆盖率对可见光透射率和表面电位的影响。l实验1．1网格状ITO薄膜的制备制备ITO薄膜的常用技术主要包括[1“21I：真空蒸发法、电子束蒸发法、化学气相沉积法、磁控溅射法等，本文采用电子束蒸发法