一种用于保护航天器太阳能电池的器件及其制备方法与流程

本发明涉及航天器太阳能电池防护器件，尤其涉及一种用于保护航天器太阳能电池的器件及其制备方法。

背景技术：

1、航天器电源系统是航天飞行器上产生、储存、变换、调节和分配电能的航天器分系统，简称电源系统。电源系统是航天飞行器的极其重要部分。电源系统的作用好比人的“心脏”，发出的电能好比人的“血液”流过全身，从中不断，一时一刻也不能停歇。对任何一个航天器而言。电源系统的好坏直接影响到整个飞行任务的成败。电源系统如不能正常工作，对整个航天器的损害将是致命的。

2、随着空间任务的迅猛发展，电源系统亦获得了高速发展。反过来，空间电源系统技术水平的提高，对航天器性能、延长航天器工作寿命也起着决定性的作用。早期的航天器采用单一化学电池供电，目前，锌银蓄电池，氢氧燃料电池，太阳能电池等多种电源已用于各类航天器。想要实现航天器长寿命飞行，采用航天器外能源更好，即太阳能，这样可不必携带大量能源，大大减轻其质量，此时太阳能电池便得到了大量的应用。

3、然而，在太空中运行的时候，太阳能电池会受到较多的机械损伤，这些机械损伤不仅来源于空间中存在的微流星体和空间碎片，而且与冷热交换的环境有关。对于近地轨道航天器，特别是轨道高度很低的时候，由于频繁的进出地球阴影区，冷热交变次数甚多，会引起太阳能电池的故障。因此有必要开发一种用于保护航天器太阳电池的方案，在不影响电池正常发电的情况下，延长使用寿命。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种用于保护航天器太阳能电池的器件及其制备方法，以减小航天器太阳电池因冷热温差而遭受损失的问题，延长使用寿命。

2、基于上述目的，本发明提供了一种用于保护航天器太阳能电池的器件，包括多层复合膜结构，所述多层复合膜结构包括由下到上依次层叠设置的双曲超材料层、介质层和相变层，所述双曲超材料层为氧化硅薄膜和银薄膜交替排列形成。

3、所述双曲超材料层与介质层相接处的层结构为氧化硅薄膜层。

4、所述相变层为二氧化钒薄膜层。

5、所述介质层为二氧化硅薄膜层。

6、所述介质层的厚度为1400-1500nm。

7、所述相变层的厚度为15-20nm。

8、所述双曲超材料层中，氧化硅薄膜的厚度为100nm，银薄膜的厚度为5nm。

9、所述双曲超材料层中氧化硅薄膜和银薄膜分别有三层，且氧化硅薄膜和银薄膜交替排列。

10、本发明还提供所述用于保护航天器太阳能电池的器件制备方法，包括如下步骤：

11、步骤一、采用物理气相沉积法在基底上制备银薄膜；

12、步骤二、在步骤一制备的银薄膜表面，采用物理气相沉积法制备一层氧化硅薄膜；

13、步骤三、在步骤二的氧化硅薄膜上，重复并交替制备银薄膜和氧化硅薄膜；

14、步骤四、在步骤三制备的氧化硅薄膜上采用采用磁控溅射的方法制备介质层；

15、步骤五、采用磁控溅射的方法在介质层表面制备相变层。

16、所述物理气相沉积法包括电子束蒸发和磁控溅射的方法。

17、本发明提出的用于保护航天器太阳能电池的器件，最上面一层选择为相变材料二氧化钒，底部选择为氧化硅和银交替排列的双曲超材料层(hmm层)，借助二氧化钒的特性，该器件可实现在高温环境中提高自身发射率辐射不必要的热量，在低温环境中降低自身发射率减少热量散失，进而使航天器太阳能电池所承受的温度范围大大降低，减少损失。并且在hmm层的作用，该器件可在可见光波段实现高透过率，这样就可以在其具有保护作用的同时不影响电池的正常运转。

18、本发明的有益效果：

19、(1)本发明提出的用于保护航天器太阳电池的器件在红外波段的发射率调制(高温发射率与低温发射率之差)可达到0.44，具有良好的温控效果，减少电池因温差太大而遭受的损失，并且在可见光波段的透过率高达0.64，对太阳能电池影响较小。

20、(2)本发明提供的用于保护航天器太阳能电池的器件，结构简单，容易实现大规模制备。

技术特征：

1.一种用于保护航天器太阳能电池的器件，包括多层复合膜结构，其特征在于，所述多层复合膜结构包括由下到上依次层叠设置的双曲超材料层、介质层和相变层，所述双曲超材料层为氧化硅薄膜和银薄膜交替排列形成。

2.根据权利要求1所述用于保护航天器太阳能电池的器件，其特征在于，所述双曲超材料层与介质层相接处的层结构为氧化硅薄膜层。

3.根据权利要求1所述用于保护航天器太阳能电池的器件，其特征在于，所述相变层为二氧化钒薄膜层。

4.根据权利要求1所述用于保护航天器太阳能电池的器件，其特征在于，所述介质层为二氧化硅薄膜层。

5.根据权利要求1所述用于保护航天器太阳能电池的器件，其特征在于，所述介质层的厚度为1400-1500nm。

6.根据权利要求1所述用于保护航天器太阳能电池的器件，其特征在于，所述相变层的厚度为15-20nm。

7.根据权利要求1所述用于保护航天器太阳能电池的器件，其特征在于，所述双曲超材料层中，氧化硅薄膜的厚度为100nm，银薄膜的厚度为5nm。

8.根据权利要求1所述用于保护航天器太阳能电池的器件，其特征在于，所述双曲超材料层中氧化硅薄膜和银薄膜分别有三层，且氧化硅薄膜和银薄膜交替排列。

9.根据权利要求1-8任一项所述用于保护航天器太阳能电池的器件制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述用于保护航天器太阳能电池的器件的制备方法，其特征在于，所述物理气相沉积法包括电子束蒸发和磁控溅射的方法。

技术总结
本发明涉及航天器太阳能电池防护器件技术领域，具体涉及一种用于保护航天器太阳能电池的器件及其制备方法，包括多层复合膜结构，所述多层复合膜结构包括由下到上依次层叠设置的双曲超材料层、介质层和相变层，所述双曲超材料层为氧化硅薄膜和银薄膜交替排列形成。本发明公开的用于保护航天器太阳能电池的器件在红外波段的发射率调制可达0.44，大大减少了电池由于外界环境温度剧烈变化引起的损害，并且该器件在可见光波段的透过率高达0.64，对电池的正常运转影响较小，是一种较为适用的用于保护航天器太阳能电池的方案。

技术研发人员：吴小虎,刘皓坨,吴必园
受保护的技术使用者：山东高等技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13