大多數太空衛星是由光伏電池供電的，光伏電池將陽(yáng)光轉化為電能。暴露在軌道上的某些類(lèi)型的輻射會(huì )損壞這些設備，降低它們的性能，并限制它們的壽命。根據最新一期《應用物理雜志》，英國劍橋大學(xué)科學(xué)家提出了一種耐輻射光伏電池設計，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軌道上光伏電池的輻射損傷，從而有望提高衛星性能。
當太陽(yáng)能電池吸收光時(shí)，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并產(chǎn)生穿過(guò)光伏的電流。太空中的輻射會(huì )使太陽(yáng)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(cháng)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衛星。例如，木星的衛星木衛二擁有太陽(yáng)系中最?lèi)毫拥妮椛洵h(huán)境之一，將太陽(yáng)能航天器降落在木衛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(lèi)型的光伏設備。一種是芯片上的設計，通過(guò)將幾種物質(zhì)分層堆疊而成；另一種設計涉及一個(gè)銀色的后視鏡，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(chǎn)生的質(zhì)子轟擊了這些設備。他們使用可測量輻射傷害量的陰極發(fā)光技術(shù)來(lái)研究輻射前后光伏設備的性能，然后使用緊湊型太陽(yáng)能模擬器進(jìn)行了第二組測試，以確定這些設備在受到質(zhì)子轟擊后將太陽(yáng)光轉化為電力的情況。
研究人員稱(chēng)，超薄太陽(yáng)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(guò)的更厚的設備。超薄的幾何結構提供了比之前觀(guān)察到的兩個(gè)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(cháng)，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，超薄電池節省的資源將轉化為更輕的負載和更少的發(fā)射成本。
