Покрытие из оксида цинка, легированного алюминием, для экранированных космических солнечных фотоэлектрических модулей

Аккумулятор Challenger A12-65

Южнокорейские исследователи разработали процесс, который позволяет использовать плёнку из оксида цинка, легированного алюминием, в радиационно-защитном кварцевом стекле. Демонстрация на солнечных фотоэлектрических космических модулях III-V показала, что это значительно повышает защитный эффект обычного кварцевого стекла.

Корейский институт электронных технологий (KETI)

Южнокорейская исследовательская группа под руководством Корейского института электронных технологий (KETI) сообщила, что кварцевое стекло с термически отожжённой плёнкой из оксида цинка, легированного алюминием, может обеспечить экранирование от электронного излучения для космических фотоэлектрических модулей на основе соединений III и V.

«Наша работа показывает, что кварцевое стекло с покрытием из оксида цинка, легированного алюминием (AZO), может служить эффективным защитным стеклом от радиации для космических фотоэлектрических модулей. Изменяя свойства плёнки AZO с помощью дополнительной обработки, мы значительно повысили как кристалличность, так и эффективность защиты от электронного излучения, что позволило увеличить срок службы космических фотоэлектрических модулей», — рассказал Ёнхван Ли, автор исследования.

В качестве альтернативы обычному космическому покровному стеклу, легированному церием, исследователи выбрали прозрачное проводящее оксидное (ППО) покрытие для покровного стекла. Затем они выбрали АЗО в качестве типичного ППО-покрытия. «Помимо экранирования, ППО-покрытие предотвращает накопление пространственных зарядов, которые создают локальные электрические поля, тем самым снижая вероятность электростатических разрядов (ЭСР) за счёт эффективного рассеивания заряда», — отметили исследователи.

В ходе исследования были протестированы два метода постобработки плёнки AZO: обработка ультрафиолетовым излучением (УФ) и термический отжиг. Команда сравнила характеристики четырёх образцов подложки: необработанного кварца, выращенного AZO, обработанного УФ-излучением AZO и кварца с покрытием AZO, прошедшего термический отжиг.

Обширный комплекс испытаний показал, что из этих двух методов термический отжиг более эффективен для удаления «остаточных органических соединений и растворителя», а также для «вызывания кристаллизации изначально аморфной тонкой плёнки AZO».

Также было отмечено, что термический отжиг повышает эффективность защиты от электронного излучения. «При облучении электронами с энергией 1,2 МэВ и флюенсом от 1 × 1015 до 3 × 1015 э− см2 стекло с покрытием из азотно-ванадиевой бронзы, подвергнутое термическому отжигу, продемонстрировало более высокие показатели защиты от излучения по сравнению с обычным кварцевым стеклом», — отметили исследователи.

Впоследствии стекло с азотированным покрытием было протестировано в модулях большой площади 30 см2 на основе технологии фотоэлектрических элементов 4G32C III-V. После облучения электронным пучком тесты показали, что “эффективность преобразования энергии снизилась всего на 2,37%, в то время как модуль, заключенный в корпус из чистого кварцевого стекла, показал снижение на 4,18%”, говорится в документе.

Исследователи пришли к выводу, что полученные данные свидетельствуют о том, что тонкие плёнки AZO при соответствующей постобработке «могут служить надёжными защитными слоями от радиации, значительно повышая долговечность и стабильность работы космических фотоэлектрических модулей».

Комментируя технологичность производства, Ли сказал: «Плёнки AZO в этом исследовании были нанесены методом распыления, который по своей сути подходит для обработки больших площадей. Мы уже продемонстрировали равномерное покрытие на подложках размером более 30 см на 30 см, чего достаточно для прототипов на уровне модулей и может быть расширено до массового производства», — сказал Ли.

Исследовательская группа, которая проводит исследования в области материалов для защитного стекла и космических модулей, включая радиационно-стойкие покрытия и лёгкую герметизацию, сейчас работает над космическими фотоэлектрическими модулями нового поколения. По словам Ли, цель состоит в том, чтобы сделать технологию производства модулей более лёгкой, что поможет снизить затраты на запуск, а также уменьшить объём за счёт гибкости и возможности развёртывания.

Подробности исследования изложены в статье «Радиационно-защитное стекло с особыми покрытиями из оксида цинка, легированного алюминием (AZO), для долговечных космических фотоэлектрических модулей», опубликованной в RSC Advances. Исследователи из Корейского центра передовых нанотехнологий (KANC) также внесли свой вклад в эту работу.