超薄太陽能電池長壽高效 或降低衛星發射成本

Daphane

來源:大紀元


擁有超薄砷化鎵層的新型太陽能電池。每個綠色方塊的表面只有120納米，大約是人類頭髮厚度的千分之一。金色網格是導電的金屬觸點。（Armin Barthel／劍橋大學）


【大紀元2022年11月13日訊】（大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導）劍橋大學發明了一款擁有超薄砷化鎵層的新型太陽能電池，有望為大多數太空中的衛星提供長久且足夠的電力。因其耐輻射特性，讓新款的太陽能電池擁有較長壽命，能減少衛星電池的損毀與維修費用，並可降低衛星發射成本。
該項研究報告在11月8日被刊登在美國物理聯合會（American Institute of Physics，AIP）的應用物理學雜誌上。
太空中的輻射和高能粒子束撞擊皆比地表強，同時環境也更加的惡劣，導致太空中的太陽能電池（光伏設備）內部材料容易出現光衰退現象（材料長期性接受強輻射和高能粒子束撞擊後變質，出現功能性下降），衛星太陽能電池容易損壞，或降低發電效率。
為提高太陽能電池內部材料的輻射耐受性，研究人員重點使用一種超薄的吸收層，原因是提高輻射耐受性的其中一個辦法是減少設備的厚度，並減少載流子（帶有電荷的物質微粒，如：電子和離子）引發的短路使吸收層的化學性質受到破壞。
對許多金屬化合物和金屬厚度進行篩選和測試後，最終他們選中一種僅80納米（nm）厚度的砷化鎵（GaAs）和混合微量硅元素作為太陽能電池的半導體吸收層。原因是在測試中發現80納米厚度的吸收層產生的電流、電壓等相對較穩定，而砷化鎵同時也是優秀的耐輻射物質。
研究人員使用半導體砷化鎵製造了太陽能電池設備，通過將幾種物質分層堆疊而構建晶圓片上和晶圓外器件，後者的反轉層結構結合平面銀背鏡以增強光吸收。
為了模擬太空輻射的影響，他們使用陰極射線裝置，對這些設備發射3 MeV質子進行轟擊測試。該技術可以測量輻射對裝置的傷害量，研究太陽能電池被質子束轟擊後的變化，確保設備不會出現問題。
另外，科學家使用一款太陽模擬器對兩個設備進行測試，確定這些設備在被質子轟擊後將陽光轉化為電能的能力。
最終結果顯示，超薄砷化鎵層的新型太陽能電池，不僅通過了輻射測試，還延長了電池使用壽命並供應了更高電能轉換效率。
該篇論文的作者之一，阿明‧巴特爾（Armin Barthel）在11月8日對美國物理研究所表示：「我們的超薄太陽能電池在超過一定閾值的質子輻射方面優於先前研究的較厚設備，還有超薄的幾何形狀提供更加良好的性能。」他解釋，這些超薄電池性能的提高，原因在載流子存在的壽命足夠長，可以在設備之間進行有效傳播。
他還表示，在相同功率數的電池中，該種超薄電池在運行20年後所需的蓋玻片（太陽能電池外部）厚度比先前厚重的太陽能電池少了近3.5倍，這大大的減輕發射衛星的火箭負載，並降低發射成本。