超薄太陽能電池可提高衛(wèi)星性能

大多數(shù)太空衛(wèi)星是由光伏電池供電的，光伏電池將陽光轉(zhuǎn)化為電能。暴露在軌道上的某些類型的輻射會(huì)損壞這些設(shè)備，降低它們的性能，并限制它們的壽命。根據(jù)最新一期《應(yīng)用物理雜志》，英國劍橋大學(xué)科學(xué)家提出了一種耐輻射光伏電池設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是具有超薄的光吸收材料層，更薄的電池可減少對(duì)軌道上光伏電池的輻射損傷，從而有望提高衛(wèi)星性能。

當(dāng)太陽能電池吸收光時(shí)，它們將其能量轉(zhuǎn)移到材料中帶負(fù)電荷的電子上。這些電荷載流子被釋放并產(chǎn)生穿過光伏的電流。太空中的輻射會(huì)使太陽能電池材料中的原子移位，縮短載流子的壽命，從而造成損害并降低效率。讓光伏變得更薄將延長它們的壽命，因?yàn)殡姾奢d流子在壽命期限內(nèi)傳輸?shù)穆窂礁獭?/p>

耐輻射電池的應(yīng)用之一是研究行星和衛(wèi)星。例如，木星的衛(wèi)星木衛(wèi)二擁有太陽系中最惡劣的輻射環(huán)境之一，將太陽能航天器降落在木衛(wèi)二上將需要耐輻射設(shè)備。

研究人員使用半導(dǎo)體砷化鎵建造了兩種類型的光伏設(shè)備。一種是芯片上的設(shè)計(jì)，通過將幾種物質(zhì)分層堆疊而成;另一種設(shè)計(jì)涉及一個(gè)銀色的后視鏡，以增強(qiáng)光的吸收。

為了模擬太空中輻射的影響，研究人員用英國道爾頓·坎布里亞核設(shè)施產(chǎn)生的質(zhì)子轟擊了這些設(shè)備。他們使用可測量輻射傷害量的陰極發(fā)光技術(shù)來研究輻射前后光伏設(shè)備的性能，然后使用緊湊型太陽能模擬器進(jìn)行了第二組測試，以確定這些設(shè)備在受到質(zhì)子轟擊后將太陽光轉(zhuǎn)化為電力的情況。

研究人員稱，超薄太陽能電池在一定閾值以上的質(zhì)子輻射性能優(yōu)于之前研究過的更厚的設(shè)備。超薄的幾何結(jié)構(gòu)提供了比之前觀察到的兩個(gè)數(shù)量級(jí)更好的性能。而且，這些超薄電池性能的提高是因?yàn)殡姾奢d體的壽命足夠長，可在設(shè)備的端子之間傳輸。

如果提供相同數(shù)額的電力，運(yùn)行20年后，較厚的電池將比超薄電池所需的蓋玻片多3.5倍。因此，超薄電池節(jié)省的資源將轉(zhuǎn)化為更輕的負(fù)載和更少的發(fā)射成本。