超薄太陽能電池可提高衞星性能

科技日報北京11月9日電 （實習記者張佳欣）大多數太空衞星是由光伏電池供電的，光伏電池將陽光轉化為電能。暴露在軌道上的某些類型的輻射會損壞這些設備，降低它們的性能，並限制它們的壽命。根據最新一期《應用物理雜誌》，英國劍橋大學科學家提出了一種耐輻射光伏電池設計，其特點是具有超薄的光吸收材料層，更薄的電池可減少對軌道上光伏電池的輻射損傷，從而有望提高衞星性能。

當太陽能電池吸收光時，它們將其能量轉移到材料中帶負電荷的電子上。這些電荷載流子被釋放併產生穿過光伏的電流。太空中的輻射會使太陽能電池材料中的原子移位，縮短載流子的壽命，從而造成損害並降低效率。讓光伏變得更薄將延長它們的壽命，因為電荷載流子在壽命期限內傳輸的路徑更短。

耐輻射電池的應用之一是研究行星和衞星。例如，木星的衞星木衞二擁有太陽系中最惡劣的輻射環境之一，將太陽能航天器降落在木衞二上將需要耐輻射設備。

研究人員使用半導體砷化鎵建造了兩種類型的光伏設備。一種是芯片上的設計，通過將幾種物質分層堆疊而成；另一種設計涉及一個銀色的後視鏡，以增強光的吸收。

為了模擬太空中輻射的影響，研究人員用英國道爾頓·坎布里亞核設施產生的質子轟擊了這些設備。他們使用可測量輻射傷害量的陰極發光技術來研究輻射前後光伏設備的性能，然後使用緊湊型太陽能模擬器進行了第二組測試，以確定這些設備在受到質子轟擊後將太陽光轉化為電力的情況。

研究人員稱，超薄太陽能電池在一定閾值以上的質子輻射性能優於之前研究過的更厚的設備。超薄的幾何結構提供了比之前觀察到的兩個數量級更好的性能。而且，這些超薄電池性能的提高是因為電荷載體的壽命足夠長，可在設備的端子之間傳輸。

如果提供相同數額的電力，運行20年後，較厚的電池將比超薄電池所需的蓋玻片多3.5倍。因此，超薄電池節省的資源將轉化為更輕的負載和更少的發射成本。