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Mechanical properties of multi-scale germanium specimens from space solar cells under electron irradiation

Chinese Journal of Aeronautics 2024年第1期37卷 173-185页

作者： Jian QIU Maliya HEINI Jusha MA Wenjia HAN xunchun wang Jun YIN Yan SHI Cunfa GAO State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structures Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjing 210016China School of Chemistry and Civil Engineering Shaoguan UniversityShaoguan 512005China Key Laboratory of Functional Materials and Devices for Special Environments of Chinese Academy of Sciences Chinese Academy of SciencesUrumqi 830011China Shanghai Institute of Space Power-Sources Shanghai 200245China

During long-term service in space,Gallium Arsenide(GaAs)solar cells are directly exposed to electron irradiation which usually causes a dramatic decrease in their *** the multilayer structure of solar cells,the germanium(Ge)layer occupies the majority of the thickness as the *** to the intrinsic brittleness of semiconductor material,there exist various defects during the preparation and assembly of solar cells,the influences of which tend to be intensified by the irradiation *** this work,first,Ge specimens for mechanical tests were prepared at scales from microscopic to ***,after different doses of electron irradiation,the mechanical properties of the Ge specimens were *** experimental results demonstrate that electron irradiation has an obvious effect on the mechanical property variation of Ge in diverse *** four-point bending test indicates that the elastic modulus,fracture strength,and maximum displacement of the Ge specimens all increase,and reach the maximum value at the irradiation dose of 1×10^(15)e/cm^(2).The micrometer scale cantilever and nanoindentation tests present similar trends for Ge specimens after *** Force Microscope(AFM)also observed the change in surface ***,a fitting model was established to characterize the relation between modulus change and electron irradiation dose.

关键词： Electron irradiation Germanium Mechanical properties Multi-scale Space solar cells

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基于晶格大失配In_(0.58)Ga_(0.42)As材料的高效四结太阳电池

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微纳电子技术 2024年第5期61卷 52-58页

作者：王波周丽华施祥蕾郭哲俊钱勇张占飞李彬孙利杰王训春上海空间电源研究所空间电源全国重点实验室上海200245

Ⅲ-Ⅴ族晶格失配多结太阳电池是实现高效太阳电池的主要途径之一,但面临晶格失配材料的高质量生长及其所导致的子电池光电转换效率下降的难题。重点针对晶格失配子电池结构中的(AlGa)InAs缓冲层开展台阶层厚度优化研究,设计了150、200和... 详细信息

Ⅲ-Ⅴ族晶格失配多结太阳电池是实现高效太阳电池的主要途径之一,但面临晶格失配材料的高质量生长及其所导致的子电池光电转换效率下降的难题。重点针对晶格失配子电池结构中的(AlGa)InAs缓冲层开展台阶层厚度优化研究,设计了150、200和250 nm三组不同台阶层厚度的缓冲层结构,并完成三组样品的外延生长实验。通过材料测试和子电池电性能测试,系统分析了台阶层厚度对In_(0.58)Ga_(0.42)As材料外延生长质量和子电池电性能的影响。获得了晶格弛豫度为96.71%的In_(0.58)Ga_(0.42)As子电池材料,制备的子电池开路电压达到205.10 mV。在此基础上,结合GaInP/GaAs/In_(0.3)Ga_(0.7)As三结电池研制了晶格失配四结薄膜太阳电池,其光电转换效率达到32.41%(AM0,25℃)。

关键词：四结太阳电池晶格失配 In_(0.58)Ga_(0.42)As材料缓冲层台阶层厚度

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透明抗静电多功能超疏水薄膜的制备

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高等学校化学学报 2022年第3期43卷 158-164页

作者：王瑞洁焦小雨潘宇王训春杨洋成中军哈尔滨工业大学化工与化学学院哈尔滨150001 上海空间电源研究所/空间电源技术国家重点实验室上海200240

采用提拉法在聚酰亚胺薄膜表面分步涂覆了银纳米线及疏水纳米二氧化硅,分别构筑了导电网络及超疏水涂层,制备了超疏水抗静电透明薄膜.研究结果表明,超疏水抗静电透明薄膜保持了较高的透光性,其透光率高于90%.同时,银纳米线网络的构筑有... 详细信息

采用提拉法在聚酰亚胺薄膜表面分步涂覆了银纳米线及疏水纳米二氧化硅,分别构筑了导电网络及超疏水涂层,制备了超疏水抗静电透明薄膜.研究结果表明,超疏水抗静电透明薄膜保持了较高的透光性,其透光率高于90%.同时,银纳米线网络的构筑有效增加了超疏水抗静电透明薄膜的导电性,使其表面电阻介于10^(6)~10^(10)Ω之间,达到了抗静电要求.水滴在该薄膜表面静态接触角高达156.4°,滚动角小于1°,展现了优异的超疏水特性.通过导电网络及疏水涂层的构筑,实现了透明及抗静电超疏水多功能的统一.

关键词：多功能薄膜超疏水性透明抗静电性

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高效太阳电池及其阵列技术的空间应用研究进展

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硅酸盐学报 2022年第5期50卷 1436-1446页

作者：王凯王训春钱斌马聚沙陆剑峰上海空间电源研究所上海200245 上海航天技术研究院上海201109

太阳电池阵可以将光能转换为电能,是航天器能源系统的重要组成,而利于光伏效应制成的太阳电池是能源获取的重要载体。通过从硅电池到砷化镓电池、从单结到多结技术的应用发展,结合晶格失配、多结生长、倒装结构及薄膜化等半导体相关制... 详细信息

太阳电池阵可以将光能转换为电能,是航天器能源系统的重要组成,而利于光伏效应制成的太阳电池是能源获取的重要载体。通过从硅电池到砷化镓电池、从单结到多结技术的应用发展,结合晶格失配、多结生长、倒装结构及薄膜化等半导体相关制备技术分析了各种空间太阳电池的现状及应用前景。根据其基板结构及型式,对体装式、刚性、半刚性、柔性及聚光太阳电池阵的特点及未来发展方向进行了叙述,为实现高效率、轻量化、高质量功率比的电池电路能源功能提供技术支持。

关键词：太阳电池三结砷化镓反向生长多结电池薄膜电池太阳电池阵

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空间级硅橡胶涂层抗原子氧性能及评价机制

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高分子材料科学与工程 2019年第12期35卷 81-87页

作者：王凯王训春姜德鹏雷刚苏宝法上海空间电源研究所

文中针对硅橡胶与原子氧的反应机理尚未完全掌握,其防护效果未完全明确的现状,开展原子氧效应地面模拟试验,进行硅橡胶涂层的抗原子氧性能的评价分析。经对试验前后的样品进行外观、质量损失、表观形貌、表面成分及光学性能的测试,系统... 详细信息

文中针对硅橡胶与原子氧的反应机理尚未完全掌握,其防护效果未完全明确的现状,开展原子氧效应地面模拟试验,进行硅橡胶涂层的抗原子氧性能的评价分析。经对试验前后的样品进行外观、质量损失、表观形貌、表面成分及光学性能的测试,系统评价了空间级硅橡胶的原子氧防护效果。在分别接受累积通量为4.9×1018 cm-2和1.2×1021 cm-2的原子氧暴露试验后,空间级硅橡胶涂层的质量损失并未随原子氧暴露时间延长和累计通量的增加而变大,但涂层表面的外观和光学性能发生了显著变化,经扫描电镜检测,涂层表面出现不同程度的开裂,经X射线光电子能谱仪分析,涂层表面生成了一层类似SiO2的薄膜,该薄膜层能阻止原子氧与硅橡胶涂层的反应从而对基底材料形成保护,但为了进一步提高其抗原子氧侵蚀能力,需对涂层进行补强改性,并且采用测量质量损失的手段来评判硅橡胶类材料受原子氧侵蚀程度的方法不甚科学。

关键词：原子氧喷涂空间级硅橡胶质量损失涂层

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基于有限元分析的柔性薄膜太阳电池互连热适应性研究

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电子与封装 2023年第4期23卷 24-32页

作者：沈静曼杨洋焦小雨宋琳琳张军王训春许京荆汪鑫上海空间电源研究所空间电源技术国家重点实验室上海201100 上海大学机电工程与自动化学院上海200444

太阳电池组件是航天器电源系统的重要组成部分,由于组件之间热膨胀系数的差异,在太空极限温度载荷条件下,串联2电池间的互连片组件可能会出现焊点连接失效问题。针对某柔性薄膜砷化镓太阳电池组件,根据高温设计条件,采用有限元仿真建模... 详细信息

太阳电池组件是航天器电源系统的重要组成部分,由于组件之间热膨胀系数的差异,在太空极限温度载荷条件下,串联2电池间的互连片组件可能会出现焊点连接失效问题。针对某柔性薄膜砷化镓太阳电池组件,根据高温设计条件,采用有限元仿真建模技术对太阳电池的局部焊点进行焊点拉力计算,并从柔性连接组件互连片出发,探究互连片形状和材料对焊点热适应性的影响,为太阳电池组件柔性连接设计提供参考。

关键词：柔性太阳电池焊点拉力柔性连接互连片有限元仿真

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镀银铜导线与可伐合金连接片单面电阻点焊工艺仿真与实验研究

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热加工工艺 2020年第5期49卷 159-161页

作者：杨洪刚徐晓炯韦祎王训春上海电机学院机械学院上海201306 上海空间电源研究所上海200245

针对镀银铜导线与可伐合金镀银连接片的焊接工艺,提出单面电阻点焊方法。运用数值模拟方法,建立了热-电-力多物理场耦合仿真分析模型,获得了焊接过程的温度场分布。进一步结合实验研究,分析了点焊接头宏观形貌,研究了焊接电流对点焊接... 详细信息

针对镀银铜导线与可伐合金镀银连接片的焊接工艺,提出单面电阻点焊方法。运用数值模拟方法,建立了热-电-力多物理场耦合仿真分析模型,获得了焊接过程的温度场分布。进一步结合实验研究,分析了点焊接头宏观形貌,研究了焊接电流对点焊接头剪切力学性能的影响规律。研究结果可为镀银铜导线与可伐合金连接片的可靠连接提供理论参考和实验依据。

关键词：单面电阻点焊可伐合金数值模拟力学性能

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SiON/SiO_2复合膜层对太阳能电池阵板间电缆的表面改性及其耐空间环境性能

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中国表面工程 2018年第6期31卷 55-62页

作者：曹章轶吴敏马聚沙陈萌炯王训春张宗波上海空间电源研究所空间电源技术国家重点实验室上海200245 中国科学院化学研究所高技术材料实验室北京100190

在空间站工作的太阳电池阵板间电缆上下表面为聚酰亚胺薄膜,在低轨运行时会受到原子氧的强烈侵蚀,需要采取措施对其进行保护。采用射频磁控溅射法在电缆表面制备了颗粒尺寸均匀、排列致密的SiO_2膜层。通过表征空间环境试验前后样品发... 详细信息

在空间站工作的太阳电池阵板间电缆上下表面为聚酰亚胺薄膜,在低轨运行时会受到原子氧的强烈侵蚀,需要采取措施对其进行保护。采用射频磁控溅射法在电缆表面制备了颗粒尺寸均匀、排列致密的SiO_2膜层。通过表征空间环境试验前后样品发现由于电缆表面的凸起颗粒等缺陷无法完全被SiO_2膜层覆盖,导致原子氧会对缺陷位置产生侵蚀作用。采用全氢聚硅氮烷溶液对板间电缆基底进行表面改性处理,制备的聚硅氧氮烷涂层(SiON)可以有效地覆盖电缆基底表面的凸起颗粒等缺陷,使得其上溅射的SiO_2膜层表面光滑平整。经原子氧暴露试验,SiON/SiO_2层内部没有受到其侵蚀作用,可以防止原子氧对电缆基底的破坏。经多次冷热循环试验,SiON/SiO_2复合膜层仍然具备良好的结构特性与结合性能。

关键词：聚硅氧氮烷 SiO2 复合膜层表面改性板间电缆

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柔性印制膜在太阳电池阵的应用及热适应性试验研究

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航天器环境工程 2021年第6期38卷 670-676页

作者：张帆韩文佳陈海锋贺虎王训春上海空间电源研究所上海200245

针对微小卫星太阳电池阵高体积比的功率需求,设计了带柔性印制电路(FPC)的太阳电池阵。该太阳电池阵将太阳电池、FPC与基板集成为一体,具有厚度薄、质量小等优点。通过热循环试验对其环境适应性进行考核,X射线检测结果表明,太阳电池阵... 详细信息

针对微小卫星太阳电池阵高体积比的功率需求,设计了带柔性印制电路(FPC)的太阳电池阵。该太阳电池阵将太阳电池、FPC与基板集成为一体,具有厚度薄、质量小等优点。通过热循环试验对其环境适应性进行考核,X射线检测结果表明,太阳电池阵上锡焊焊盘与覆铜层连接部位受热应力的影响较大,在长期高低温循环条件下存在锡焊焊盘与覆铜层断裂的风险。为此,给出提升太阳电池阵上FPC抗热形变能力的设计建议,以期为后续太阳电池阵设计提供参考。

关键词：柔性印制电路太阳电池阵仿真分析热循环试验 X射线检测

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太阳电池阵板间电缆原子氧防护技术

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上海航天（中英文） 2022年第S2期39卷 57-61页

作者：马聚沙王志彬吕文佳符春娥李中华何延春王训春马季军上海空间电源研究所上海200245 兰州空间物理技术研究所甘肃兰州730030

针对柔性太阳电池阵板间电缆产品半刚性超薄多层结构的特点,通过Roll-to-Roll等离子体增强化学气相沉积技术在电缆表面沉积原子氧防护涂层的方式,提高产品整体原子氧防护能力,从而满足核心舱在轨服役要求。所制备的硅系惰性防护涂层厚... 详细信息

针对柔性太阳电池阵板间电缆产品半刚性超薄多层结构的特点,通过Roll-to-Roll等离子体增强化学气相沉积技术在电缆表面沉积原子氧防护涂层的方式,提高产品整体原子氧防护能力,从而满足核心舱在轨服役要求。所制备的硅系惰性防护涂层厚度均匀性可以达到20%(400 nm),制备的防护涂层具有重量轻、柔韧性好、辐射率变化小等特点。通过地面原子氧环境模拟试验,被防护的电缆产品在2.5×1026atom/m2累计通量原子氧侵蚀下,整体质量损失小于0.5 mg/cm2,剥蚀率相较未防护的电缆下降2个数量级。该涂层还可适应温度循环、紫外辐照、电离辐照等空间环境。

关键词：原子氧低轨道太阳电池阵扁平电缆硅氧烷

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