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超薄片上太陽能電池的照片。這些電池是綠色方塊，包括一層超薄的吸光砷化鎵，這是它們耐輻射的關鍵。每個綠色方塊的表面惟獨120納米，大約是人類頭發(fā)厚度的千分之一，高于身邊的灰色區(qū)域。金色網(wǎng)格是導電的金屬觸點。圖片來源：阿明·巴塞爾/劍橋大學

科技日報實習記者?張佳欣

大多數(shù)太空衛(wèi)星是由光伏電池供電的，光伏電池將陽光轉(zhuǎn)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，并限制它們的壽命。依照最新一期《應用物理雜志》，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，從而有望提高衛(wèi)星性能。

當太陽能電池吸收光時，它們將其能量轉(zhuǎn)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，從而造成損害并降低效率。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(nèi)傳輸?shù)穆窂礁獭?/p>

耐輻射電池的應用之一是研究行星和衛(wèi)星。例如，木星的衛(wèi)星木衛(wèi)二擁有太陽系中最惡劣的輻射環(huán)境之一，將太陽能航天器降落在木衛(wèi)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，經(jīng)過將幾種物質(zhì)分層堆疊而成；另一種設計涉及一個銀色的后視鏡，以增強光的吸收。

為了模擬太空中輻射的妨礙，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)光技術來研究輻射前后光伏設備的性能，然后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(zhì)子轟擊后將太陽光轉(zhuǎn)化為電力的事情。

研究人員稱，超薄太陽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(shù)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。

假如提供相同數(shù)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。于是，超薄電池節(jié)省的資源將轉(zhuǎn)化為更輕的負載和更少的發(fā)射成本。

來源：中國科技網(wǎng)