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电力知识 | 太阳能——人类头发的千分之一厚度的太阳能电池可以抵抗太空辐射

日期:2022-11-11    来源:风趣星空m

国际电力网

2022
11/11
11:19
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关键词: 光伏电池 太阳能电池 抗辐射电池

科学家已经开发出一种耐辐射的光伏电池设计,其特点是超薄的吸光材料层。根据2022年11月8日发表在《应用物理学杂志》上的一项新研究,这种设备的特点是其表面的电池厚度只有人类头发的千分之一。

值得注意的是,超薄太阳能电池不仅在抗辐射能力上超过了早期提出的较厚太阳能电池;在使用20年后,它们也能从转化的太阳光中产生相同数量的电力。此外,新型光伏电池可以减少负载,大大降低发射费用。

随着越来越多的卫星进入地球的中轨道,它们将暴露在更严重的空间辐射中

由于近地轨道变得拥挤,在中地球轨道使用卫星变得越来越重要。然而,地球周围的质子辐射带被它穿过,这意味着在这些更高的轨道上需要抗辐射电池的设计。

研究遥远的行星和卫星也需要耐辐射的电池。例如,木星的卫星木卫二(Europa)的辐射环境是太阳系中最恶劣的。因此,太阳能航天器要在木卫二上着陆,就必须配备耐辐射设备。

研究人员使用半导体砷化镓构建了两种类型的光伏器件。其中一种是片上设计,通过堆叠各种材料——一种材料叠加在另一种材料上。

这些电池含有一层超薄的吸光气体,这是它们抗辐射能力的关键。根据研究人员的说法,每个电池的表面只有120纳米厚,大约是人类头发厚度的千分之一。这种设计还涉及到这些电池的边界是导电金属。

另一种方法是使用银背镜(silver back mirror)来提高光吸收。

用英国道尔顿·坎布里亚核设施产生的质子攻击这些装置,以模拟太空辐射的影响。阴极发光是一种可以估计辐射损伤程度的方法,用来比较暴露前后光伏器件的性能。

此外,利用紧凑型太阳模拟器进行了第二组测试,测试了这些设备在受到质子撞击后将阳光转化为电能的效率。

结果显示,与较厚的设备相比,超薄的几何结构提供了两个数量级的良好性能。

研究人员认为,这种超薄电池的性能优于传统电池,因为载流子可以存活足够长的时间,流经设备的终端。

那么,“更薄”是如何延长光伏电池的寿命的呢?

大多数在轨卫星使用光伏电池。当光照射到太阳能电池上时,它的能量被转移到材料上带负电的电子上。这些载流子被移走,在光伏上产生电流。

然而,空间辐射会破坏太阳能电池,并通过转移材料中的原子和缩短载流子的寿命来降低效率。因为更薄的光伏将意味着这些载流子在它们的生命周期中旅行的距离更短,这将等同于延长寿命。

他们的研究结果表明,他们可能是有道理的。研究人员发现,经过20年的运行,这种覆盖玻璃减少约3.5倍的新电池与壁较厚的电池提供了相同的能量。

不过,与所有新技术的发展一样,新电池能否大规模发展则是另一回事。


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