سلول‌ خورشیدی فوق نازک‌ با عملکرد بهتر از ماهواره ساخته شد

به گزارش ثریا، سلول های خورشیدی فوق نازک روی تراشه ها مربع‌های سبز رنگی هستند که شامل یک لایه بسیار نازک از (GaAs)می باشند. آنها جذب‌کننده نور هستند واین کلیدی برای تحمل تابش نور خورشید در آن‌ها است. سطح هر مربع سبز تنها ۱۲۰ نانومتر، حدود یک هزارم ضخامت موی انسان است. شبکه های طلایی رنگ، تماس های فلزی و رسانای الکتریکی هستند. بیشتر ماهواره‌های فضایی از سلول‌های فتوولتائیک تغذیه می‌کنند که نور خورشید را به برق تبدیل می‌کنند. قرار گرفتن در معرض انواع خاصی از تشعشعات موجود در مدار می تواند به دستگاه ها آسیب برساند و عملکرد آنها را کاهش داده همچنین طول عمر آنها را محدود کند. در ژورنال فیزیک کاربردی، دانشمندان دانشگاه کمبریج طرح سلول فتوولتائیک مقاوم در برابر تشعشع را پیشنهاد کردند که دارای یک لایه فوق نازک از مواد جاذب نور است.

وقتی سلول‌های خورشیدی نور را جذب می‌کنند انرژی آن را به الکترون‌های دارای بار منفی در ماده منتقل می‌کنند. این حامل‌های شارژ آزاد می‌شوند و جریان برق را در سراسر فتوولتائیک تولید می‌کنند. تابش در فضا با جابجایی اتم‌ها در مواد سلول خورشیدی و کاهش طول عمر حامل‌های بار باعث آسیب و کاهش کارایی می‌شود. نازک‌تر کردن فتوولتائیک‌ها باید طول عمر آن‌ها را افزایش دهد زیرا حامل‌های شارژ با طول عمر کوتاه‌ خود فاصله کمی دارند. همانطور که مدار پایین زمین با ماهواره‌ها درهم‌تر می‌شود، استفاده از مدارهای میانی زمین مانند مدار مولنیا که از مرکز کمربند تشعشعی پروتون زمین می‌گذرد به طور فزاینده‌ای ضروری می‌شود. برای این مدارهای بالاتر به طرح های سلولی مقاوم در برابر تشعشع نیاز خواهد بود.

یکی دیگر از کاربردهای سلول های مقاوم در برابر تشعشع مطالعه سیارات و قمرهای دیگر است. به عنوان مثال قمر مشتری یکی از شدیدترین محیط های تشعشعی در منظومه شمسی را دارد. فرود یک فضاپیما با انرژی خورشیدی در اروپا به دستگاه های مقاوم در برابر تشعشع نیاز دارد. محققان دو نوع دستگاه فتوولتائیک را با استفاده از آرسنید گالیم نیمه هادی ساختند. یکی از آنها یک طرح روی تراشه بود که با لایه بندی چندین ماده در یک پشته ساخته شد. طرح دیگر شامل یک آینه پشتی نقره ای برای افزایش جذب نور بود.

برای تقلید اثرات تشعشع در فضا این دستگاه ها با پروتون های تولید شده در تاسیسات هسته ای دالتون کامبرین در بریتانیا بمباران شدند. عملکرد دستگاه های فتوولتائیک قبل و بعد از تابش با استفاده از تکنیکی به نام کاتودولومینسانس مورد مطالعه قرار گرفت. میزان آسیب تشعشع مجموعه دوم آزمایش‌ها با استفاده از شبیه‌ساز خورشیدی فشرده انجام شد تا مشخص شود این دستگاه‌ها چگونه نور خورشید را پس از بمباران با پروتون‌ها به انرژی تبدیل می‌کنند. یکی از محققان به نام آرمین بارتل می گوید: سلول خورشیدی فوق نازک ما نسبت به دستگاه های قبلا مطالعه شده و ضخیم تر برای تشعشعات پروتون بالاتر در یک آستانه معین عملکرد بهتری دارد. سلول های فوق نازک عملکرد مطلوبی نسبت به مشاهدات قبلی با دو مرتبه بزرگی ارائه می دهند.

محققات می گویند که عملکرد بهبود یافته این سلول های فوق نازک به این دلیل است که حامل های شارژ به اندازه کافی عمر می کنند تا بین پایانه های دستگاه حرکت کنند. انها در مقایسه با سلول‌های ضخیم‌تر، تقریباً ۳/۵ برابر پوشش کمتری نیاز دارند ومی توانند پس از ۲۰ سال کارکرد همان مقدار قدرت را ارائه کنند. این به معنای بار سبک تر و کاهش قابل توجه هزینه های پرتاب ماهواره ها خواهد بود.