航天用太阳能电池阵互连片金属材料改性研究

【摘要】： 航天用太阳能电池阵互连片材料主要有纯银箔和钼箔镀银。钼作为互连片材料具有价格低廉等优点,但是钼存在导电性、可焊性差等缺点。为改善钼作为航天用太阳能电池阵互连片材料的这些缺点,必须进行钼箔镀银,而传统的电镀银技术工艺繁琐,且由此工艺制备的镀银层存在与基体结合力差等缺点。针对于此,本研究采用MEVVA源金属离子注入机往钼基体上注入Ag离子,然后再在注入Ag后的钼箔上采用无氰电镀技术电镀Ag,并对镀银层进行有机物钝化处理,以提高镀银层的抗空气中硫的腐蚀能力。同时,银箔作为互连片材料存在被低地球轨道环境中的原子氧腐蚀的问题,本研究采用离子注入技术在银箔中注入抗原子氧腐蚀能力强的金属元素Al,以提高其抗原子氧腐蚀能力。 本研究将能量为105 keV,剂量为0.5×1016-1.0×1017 ions/cm2的Ag离子和能量为85 keV,剂量为2.0×1017 ions/cm2的Al离子,分别注入到纯钼箔和纯银箔基体中。运用SEM、XPS、GXRD等分析技术对注入前后材料的表面形貌、注入元素的化学价态及表面物相等进行了分析;利用无氰电镀技术在离子注入银后的钼箔及纯钼箔上进行电镀银的实验,利用EDS、SEM分析技术进行了镀银层元素含量、表面形貌的分析;利用加热骤冷法对镀银层的结合力进行了定性测试;然后对镀银层晶粒细小、结构致密、结合力好的试样进行了有机物BTA钝化处理,并在Na2S溶液中进行了抗腐蚀试验,探讨了不同浓度、温度、钝化液溶剂、钝化时间、干燥方式对钝化试样抗腐蚀性能的影响;运用SDY-5型双电测四探针测试仪对钝化前后试样的导电性进行了测试;运用流布面积法对钝化前后试样的可焊性能进行了测量。 实验结果表明,Ag离子注入后纯钼箔表面有Ag单质的生成;离子注入Ag后电镀银试样的镀银层在晶粒细小、结构致密性、结合力等方面相对于纯钼箔直接镀银都有所提高;经不同浓度、温度、钝化液溶剂、时间、干燥方式钝化处理后的试样的抗Na2S测试结果显示,BTA钝化剂在特定条件下才能取得较好的钝化效果;钝化前后试样的导电性、可焊性能的测试表明BTA钝化处理对镀银层的导电性、可焊性能没有太大影响;Al离子注入后纯银箔表面有Al以及Al的氧化物Al2O3的形成,结合力高的Al2O3对提高纯银箔抗原子氧腐蚀的能力有很大的帮助作用。 这些结果为航天用太阳能电池阵互连片金属材料的表面改性工作提供了理论及实验依据,为离子注入技术、无氰电镀技术在互连片材料的应用提供了有价值的参考。 【关键词】：离子注入 无氰电镀 银离子 铝离子 BTA钝化 可焊性
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-27
• 1.1 引言9-11
• 1.1.1 空间技术概论9
• 1.1.2 航天用太阳能电池阵及互连片材料9-11
• 1.2 低空间轨道及其环境效应对空间材料的影响11-16
• 1.2.1 原子氧效应13-15
• 1.2.2 紫外线辐射效应15
• 1.2.3 热循环效应15-16
• 1.3 空间互连片材料的表面改性与防护16-19
• 1.3.1 金属元素的电镀16-17
• 1.3.2 防护涂层17-19
• 1.4 离子注入技术19-25
• 1.4.1 离子注入技术简介19
• 1.4.2 离子注入表面改性技术的特点19
• 1.4.3 离子注入原理19-22
• 1.4.4 离子注入技术在航天材料领域的应用22-25
• 1.4.4.1 改善材料表面强度22-23
• 1.4.4.2 提高抗腐蚀性能23
• 1.4.4.3 提高耐磨性能23-24
• 1.4.4.4 改善抗氧化性能24
• 1.4.4.5 延长抗疲劳寿命24-25
• 1.5 课题背景、研究意义、研究内容及创新点25-27
• 1.5.1 课题背景及研究意义25-26
• 1.5.2 课题研究内容26
• 1.5.3 课题创新点26-27
• 第二章 离子注入钼箔表面银膜的制备与表征27-42
• 2.1 引言27
• 2.2 实验过程及方法27-34
• 2.2.1 实验材料27-28
• 2.2.2 钼箔表面的Ag 离子注入28-33
• 2.2.2.1 MEVVA 源离子注入机28-29
• 2.2.2.2 TRIM 程序简介29-30
• 2.2.2.3 相关参数及饱和注入剂量的计算30-33
• 2.2.3 试样的高温退火33-34
• 2.2.4 分析测试方法34
• 2.2.4.1 扫描电子显微镜（SEM）34
• 2.2.4.2 X 射线衍射（GXRD）34
• 2.2.4.3 X 射线光电子能谱（XPS）34
• 2.3 实验结果与讨论34-41
• 2.3.1 TRIM 的模拟计算34-36
• 2.3.2 实验工艺参数的确定36
• 2.3.3 离子注入对纯钼箔表面形貌的影响36-37
• 2.3.4 离子注入元素含量分析37-40
• 2.3.5 离子注入后表面GXRD 分析40-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第三章 注银钼箔电镀银的实现及性能研究42-69
• 3.1 引言42
• 3.2 实验过程及方法42-52
• 3.2.1 实验材料42-43
• 3.2.2 电镀工艺过程与条件43-46
• 3.2.3 镀液性能实验46-47
• 3.2.3.1 镀液稳定性实验46
• 3.2.3.2 均镀能力的测定46-47
• 3.2.3.3 沉积速度的测定47
• 3.2.4 镀层性能实验47-52
• 3.2.4.1 能谱分析47
• 3.2.4.2 镀层表观形貌观测47
• 3.2.4.3 镀层附着强度的测试47-48
• 3.2.4.4 钝化实验方案48-49
• 3.2.4.5 抗硫化钠腐蚀实验49-50
• 3.2.4.6 钼箔镀银层钝化前后导电性的测试50-51
• 3.2.4.7 钼箔镀银层钝化前后可焊性的测试51-52
• 3.3 实验结果与讨论52-68
• 3.3.1 电镀液的性能52
• 3.3.1.1 电镀液的稳定性52
• 3.3.1.2 均镀能力52
• 3.3.1.3 沉积速度52
• 3.3.2 镀层性能分析52-68
• 3.3.2.1 能谱分析52-53
• 3.3.2.2 钼箔镀银层的形貌观察53-55
• 3.3.2.3 镀银钼箔结合力的表征55-56
• 3.3.2.4 钝化后抗1% Na_2S 腐蚀实验结果与分析56-64
• 3.3.2.5 石蜡溶液钝化后抗1% Na_2S 腐蚀实验64-65
• 3.3.2.6 钼箔镀银层钝化前后导电性的表征65-68
• 3.3.2.7 钼箔镀银层钝化前后可焊性的表征68
• 3.4 本章小结68-69
• 第四章 银箔注铝表面结构及抗原子氧效应的研究69-79
• 4.1 引言69
• 4.2 实验过程69-71
• 4.2.1 实验材料69
• 4.2.2 银箔表面的Al 离子注入69-71
• 4.2.2.1 注入设备及原理69-70
• 4.2.2.2 电极制备70
• 4.2.2.3 相关参数及饱和注入剂量的计算70-71
• 4.2.3 试样的退火处理71
• 4.2.4 分析测试方法71
• 4.3 实验结果与讨论71-78
• 4.3.1 TRIM2003 模拟计算结果71-73
• 4.3.2 实验工艺参数的确定73
• 4.3.3 离子注入对材料表面形貌的影响73-75
• 4.3.4 离子注入元素含量XPS 分析75-77
• 4.3.5 离子注入后表面GXRD 分析77-78
• 4.4 本章小结78-79
• 第五章 全文总结79-81
• 参考文献81-88
• 发表论文和参加科研情况说明88-89
• 致谢89

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