太阳能电池阵轻量化柔性化是航天高效能源系统发展的重要方向,柔性GaAs薄膜太阳电池由于其非常高的光电转换效率、较好的抗辐射性能、高功率质量比等优点,成为电源系统实现高功率质量比、柔性化和轻量化的关键之一,选择合适的柔性薄膜电池衬底材料是优化薄膜电池工艺和性能的重要研究方向。电镀铜和化学镀镍由于工艺简单成熟且镀层具有优良导电性,可将薄膜电池衬底与背电极制备一体化处理,适用于作为GaAs电池衬底制备工艺。但为了保证在宇宙空间温度环境中稳定工作,金属衬底电池的热机械行为分析尤为重要。本文将有限元仿真模拟与试验相结合,系统地研究了Cu和Ni镀层热机械行为,并开展了镀膜工艺研究和优化,为GaAs电池衬底的实际生产应用提供理论基础和技术支撑。利用有限元模拟的方法研究了衬底材料、厚度、几何形状对电池热机械行为的影响,并对电池衬底参数进行了优化。研究发现,衬底材料的选择严重影响电池热机械行为,而选择Ni作为衬底材料能使电池具有比Cu更好的热机械性能。衬底几何形状对电池热机械行为的影响较小,而厚度则是主要影响因素,衬底厚度为27μm时电池的热机械应力最小。此外,电池的热疲劳性能也受衬底材料、厚度的影响,当衬底厚度大于15μm时,电池的热疲劳性能就能满足5年服役要求。针对柔性电池背电极为Ag或Au种子层的情况,本文研究并优化了电镀铜和化学镀镍工艺,实现了在镀Au种子层的Si陪片表面获得低应力水平、厚度均匀、平整性好、光亮度高的Cu、Ni衬底。对镀Cu陪片进行热冲击试验,并对表面进行了形貌及应力表征,发现随着热冲击次数的增加,镀层内产生越来越大的压应力,厚度为15μm的样品热循环200次,表面应力可达94 MPa,当衬底厚度为25μm和30μm的镀层甚至会产生起皮脱层现象。这表明Cu衬底电池在服役时热机械行为仍值得深入研究。热冲击试验中,在应力、空气、水的耦合作用下,镀层表面产生较严重的氧化现象,出现大量块状和长条状氧化物,导致镀层光亮度和平整性下降。此外,本文还优化了现有的化学镀镍工艺,实现了在镀Au种子层的Si陪片表面获得柔性Ni-P合金非晶镀层,镀层P含量约为8.26%。对镀层表面进行形貌分析,认为优化后的Ni镀层平整性和光亮性非常好。两种优化后的镀膜工艺将为后续研究和应用打下基础。