Hầu hết các vệ tinh không gian được cung cấp năng lượng bởi các tế bào quang điện chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Việc tiếp xúc với một số loại bức xạ có trong quỹ đạo có thể làm hỏng các thiết bị, làm giảm hiệu suất và hạn chế tuổi thọ của chúng.
>> Tham khảo: Chip máy tính nhanh hơn và hiệu quả hơn nhờ germanium.
Trong Tạp chí Vật lý Ứng dụng của Nhà xuất bản AIP, các nhà khoa học từ Đại học Cambridge đã đề xuất một thiết kế tế bào quang điện chịu bức xạ có một lớp vật liệu hấp thụ ánh sáng siêu mỏng.
Khi pin mặt trời hấp thụ ánh sáng, chúng sẽ truyền năng lượng của nó cho các electron tích điện âm trong vật liệu. Các hạt mang điện này được đánh bật tự do và tạo ra một dòng điện chạy qua quang điện.
Chiếu xạ trong không gian gây hư hỏng và làm giảm hiệu quả bằng cách thay thế các nguyên tử trong vật liệu pin mặt trời và giảm tuổi thọ của các hạt mang điện.
>> Tham khảo: Các nhà vật lý tìm ra cách mới để đo tính chất của lớp bề mặt vật liệu.
Làm cho quang điện mỏng hơn sẽ làm tăng tuổi thọ của chúng vì các hạt mang điện phải di chuyển ít hơn trong thời gian tồn tại bị rút ngắn của chúng.
Khi quỹ đạo thấp của Trái đất trở nên lộn xộn hơn với các vệ tinh, việc sử dụng các quỹ đạo ở giữa Trái đất ngày càng trở nên cần thiết, chẳng hạn như quỹ đạo Molniya đi qua trung tâm vành đai bức xạ proton của Trái đất. Các thiết kế tế bào chịu bức xạ sẽ cần thiết cho những quỹ đạo cao hơn này.
Một ứng dụng khác của tế bào chịu bức xạ là nghiên cứu các hành tinh và mặt trăng khác. Ví dụ, Europa, một mặt trăng của Sao Mộc, có một trong những môi trường bức xạ khắc nghiệt nhất trong hệ mặt trời.
>> Tham khảo: Cách tiếp cận mới để đánh giá tình trạng sức khỏe của các dòng sông theo mùa.
Hạ cánh một tàu vũ trụ chạy bằng năng lượng mặt trời trên Europa sẽ cần các thiết bị chịu được bức xạ.
Các nhà điều tra đã chế tạo hai loại thiết bị quang điện sử dụng chất bán dẫn gali arsenua. Một là thiết kế trên chip được xây dựng bằng cách xếp nhiều chất thành lớp. Thiết kế khác liên quan đến gương chiếu hậu màu bạc để tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng.
Để bắt chước tác động của bức xạ trong không gian, các thiết bị này đã được bắn phá bằng các proton được tạo ra tại Cơ sở hạt nhân Dalton Cumbrian ở Vương quốc Anh.
Hiệu suất của các thiết bị quang điện trước và sau khi chiếu xạ được nghiên cứu bằng cách sử dụng một kỹ thuật được gọi là phát quang âm cực có thể đo lường mức độ lượng thiệt hại bức xạ.
>> Tham khảo: Các nhà nghiên cứu mở rộng phạm vi mục tiêu của Hệ thống CRISPR/Cas.
Một loạt thử nghiệm thứ hai sử dụng Bộ mô phỏng năng lượng mặt trời nhỏ gọn đã được thực hiện để xác định mức độ hiệu quả của các thiết bị chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng sau khi bị bắn phá bằng proton.
Tác giả Armin Barthel cho biết: “Pin mặt trời siêu mỏng của chúng tôi vượt trội so với các thiết bị dày hơn đã được nghiên cứu trước đây đối với bức xạ proton trên một ngưỡng nhất định. Hình học siêu mỏng mang lại hiệu suất thuận lợi bằng hai bậc độ lớn so với các quan sát trước đây”.
Các tác giả cho biết hiệu suất được cải thiện của các tế bào siêu mỏng này là do các hạt mang điện tích sống đủ lâu để di chuyển giữa các thiết bị đầu cuối trong thiết bị.
So với các tế bào dày hơn, lượng kính phủ ít hơn gần 3,5 lần cần thiết để các tế bào siêu mỏng cung cấp cùng một lượng điện năng sau 20 năm hoạt động. Điều này sẽ giúp tải trọng nhẹ hơn và giảm đáng kể chi phí phóng.
