طرح جدید دانشمندان: ابر صفحات فتوولتاوری نازک برای اکتشافات فضایی آینده!

هنگام جذب نور خورشید توسط این سلول‌ها، انرژی آن به الکترون‌های بار منفی در ماده تبدیل می‌شود. این حامل‌های شارژی آزاد شده، جریان برق را در سراسر سلول‌های فتوولتاوری تولید می‌کنند. تابش در فضا با جابجایی اتم‌های سلول‌های خورشیدی، طول عمر آن‌ها را که حامل بار انرژی هستند دچار آسیب و کاهش کارایی می‌‌کند. بنابراین نازک‌‌سازیِ فتوولتائیک‌ها باید طول عمر آن‌ها را هم افزایش دهد، زیرا حامل‌های انرژی فاصله کم‌تری ازهم پیدا می‌کنند.

همانطور که مدار پایین زمین با ماهواره‌ها انباشته می‌شود، استفاده از مدارهای میانی زمین، مانند مدار مولنیا که از مرکز کمربند تشعشعی پروتون زمین می‌گذرد، به طور فزاینده‌ای ضروری‌تر به نظر می‌آیند. بنابراین رسیدن به این مدارهای بالاتر، طرح‌هایی را طلب می‌کند که سلول‌های خورشیدی در برابر تابش‌ها مقاوم‌تر باشند.

یکی دیگر از کاربردهای سلول‌های مقاوم در برابر تابش، مطالعه سیارات و قمرهای دیگر است. به عنوان نمونه اروپا، قمر مشتری، یکی از شدیدترین محیط‌های تابشی در منظومه شمسی را دارد. بنابراین فرود یک فضاپیما در اروپا که دارای صفحات خورشیدی است به دستگاه‌های مقاوم در برابر تابش نیاز دارد.

پژوهشگران دو نوع دستگاه فتوولتائیک را با استفاده از آرسنید گالیم نیمه‌هادی ساختند. یکی از آن‌ها طرحی روی تراشه بود که با لایه‌بندی چندین ماده در یک پشته ساخته شده است و طرح دیگر نیز شامل یک آینه پشتی نقره‌ای برای افزایش جذب نور تمهید داده شد.

دانشمندان چگونه سلول‌های فتوولتاوری خود را آزمودند؟

برای شبیه‌سازی اثرات تابش در فضا، دستگاه‌ها با پروتون‌های تولید شده در تاسیسات هسته ای دالتون کامبرین در بریتانیا بمباران شدند. عملکرد دستگاه‌های فتوولتائیک قبل و بعد از تابش با استفاده از تکنیکی به نام کاتودولومینسانس مورد مطالعه قرار گرفت که می‌تواند میزان آن را نشان دهد. میزان آسیب تابش در 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. آرمین بارتل، نویسنده، می گوید:

سلول خورشیدی فوق نازک ما نسبت به دستگاه های پیشین مطالعه شده و ضخیم‌تر برای تشعشعات پروتونی که از آستانه‌یِ معینی عبور می‌کند، عملکرد بهتری دارد. به بیانی، هندسه‌های فوق نازک عملکرد مطلوبی نسبت به مشاهدات قبلی با دو مرتبه بزرگی ارائه می دهند.

نویسندگان می‌گویند که عملکرد بهبود یافته این سلول‌های فوق نازک به این دلیل است که حامل‌های شارژ به اندازه کافی عمر می‌کنند تا بین پایانه‌های دستگاه حرکت کنند.

در مقایسه با سلول‌های ضخیم‌تر، تقریباً 3/5 برابر شیشه پوشش کمتری برای سلول‌های بسیار نازک مورد نیاز است تا پس از 20 سال کارکرد، همان مقدار قدرت را ارائه کنند. این به معنای بار سبک‌تر و کاهش قابل توجه هزینه‌های پرتاب خواهد بود.