एक नए अल्ट्राथिन फोटोवोल्टिक सेल का उपयोग अंतरिक्ष के उन क्षेत्रों में उपग्रहों के लिए एक शक्ति स्रोत के रूप में किया जा सकता है जो उच्च स्तर के विकिरण का अनुभव करते हैं। यूके में कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं द्वारा विकसित, यह उपकरण प्रकाश को अवशोषित करने के लिए गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) की एक पतली परत का उपयोग करता है और पहले अध्ययन किए गए मोटे उपकरणों की तुलना में प्रोटॉन विकिरण के लिए अधिक मजबूत है।
ब्रह्मांडीय विकिरण भारी आयनों और ब्रह्मांडीय किरणों (उच्च-ऊर्जा प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉनों और परमाणु नाभिक) के मिश्रण से बना आयनकारी विकिरण है। पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र हमें इस विकिरण के 99.9% से बचाता है, और शेष 0.1% हमारे वायुमंडल द्वारा काफी हद तक क्षीण हो जाता है। हालाँकि, अंतरिक्ष यान को ऐसी कोई सुरक्षा नहीं मिलती है, और विकिरण उनके ऑनबोर्ड इलेक्ट्रॉनिक्स को नुकसान पहुंचा सकता है या नष्ट भी कर सकता है।
विकिरण-प्रेरित दोष फोटोसक्रिय आवेश वाहकों को फंसा लेते हैं
सौर कोशिकाओं में, विकिरण क्षति फोटोवोल्टिक सामग्रियों में दोष उत्पन्न करती है जो सेल की प्रकाश-संग्रह परत बनाते हैं। ये दोष सामग्री में विद्युत धारा का प्रवाह उत्पन्न करने, धारा को कम करने और अंततः सेल के बिजली उत्पादन को कम करने के लिए जिम्मेदार फोटोएक्टिवेटेड चार्ज वाहक को फँसाते हैं।
चार्ज किए गए कणों को सौर सेल के माध्यम से जितना आगे बढ़ना होगा, उतनी ही अधिक संभावना होगी कि वे किसी दोष का सामना करेंगे और फंस जाएंगे। इसलिए, इस यात्रा दूरी को कम करने का मतलब है कि कणों का एक छोटा हिस्सा दोषों द्वारा फंस जाएगा।
ऐसा करने का एक तरीका सौर कोशिकाओं को पतला बनाना है। नए काम में, शोधकर्ताओं ने नेतृत्व किया आर्मिन बार्थेल बिल्कुल वैसा ही किया, केवल 80 एनएम मोटी GaAs प्रकाश-अवशोषित परत के साथ अर्धचालक सामग्रियों के ढेर से अपनी कोशिकाओं का निर्माण किया।
यह जांचने के लिए कि क्या यह रणनीति काम करती है, टीम ने यूके में डाल्टन कुम्ब्रियन परमाणु सुविधा में उत्पन्न प्रोटॉन के साथ नए सेल पर बमबारी करके ब्रह्मांडीय विकिरण के प्रभावों का अनुकरण किया। फिर उन्होंने समय-समाधान कैथोडोल्यूमिनसेंस के संयोजन का उपयोग करके सेल के प्रदर्शन को मापा, जो विकिरण क्षति की सीमा को मापता है, और एक कॉम्पैक्ट सोलर सिम्युलेटर के रूप में जाना जाने वाला उपकरण यह निर्धारित करता है कि बमबारी वाले उपकरण कितनी अच्छी तरह सूर्य के प्रकाश को बिजली में परिवर्तित करते हैं।
बार्थेल और सहकर्मियों ने पाया कि उनके उपकरण में आवेश वाहकों का जीवनकाल लगभग 198 पिकोसेकंड (10) से कम हो गया-12 s) पूर्व-विकिरण लगभग 6.2 पिकोसेकंड बाद में। हालाँकि, वास्तविक धारा प्रोटॉन प्रवाह की एक निश्चित सीमा तक स्थिर रही, जिसके आगे यह तेजी से गिरी। शोधकर्ताओं का कहना है कि यह गिरावट उस बिंदु से संबंधित है जिस पर वाहक जीवनकाल, कैथोडोल्यूमिनसेंस से गणना की जाती है, वाहक को अल्ट्राथिन डिवाइस को पार करने में लगने वाले समय के बराबर हो जाती है।
मांग वाले अंतरिक्ष वातावरण में विद्युत उत्पादन
बार्थेल कहते हैं, "इस कार्य में अध्ययन किए गए उपकरणों का मुख्य संभावित अनुप्रयोग मांग वाले अंतरिक्ष वातावरण में बिजली उत्पादन के लिए है।" शोध का वर्णन करने वाले एक अध्ययन में, जो प्रकाशित हुआ है अनुप्रयुक्त भौतिकी के जर्नलशोधकर्ताओं का सुझाव है कि ऐसा एक वातावरण मध्य पृथ्वी कक्षा (एमईओ) हो सकता है जैसे कि मोलनिया कक्षा जो पृथ्वी के प्रोटॉन विकिरण बेल्ट के केंद्र से होकर गुजरती है और उच्च अक्षांशों पर निगरानी और संचार के लिए उपयोग की जाती है। जैसे-जैसे बेहतर-संरक्षित निम्न-पृथ्वी कक्षाएँ (LEO) और अधिक अव्यवस्थित होती जाएँगी, ऐसी कक्षाएँ और अधिक महत्वपूर्ण हो जाएँगी।
कार्बन नैनोट्यूब अंतरिक्ष से जुड़े इलेक्ट्रॉनिक्स को विकिरण क्षति का विरोध करने में मदद करते हैं
बृहस्पति के चंद्रमा यूरोपा की कक्षा, जो अलौकिक जीवन की खोज में विशेष वैज्ञानिक रुचि रखती है, एक और उदाहरण है। इस चंद्रमा पर सौर मंडल में सबसे गंभीर विकिरण वातावरण है और वहां सौर ऊर्जा से संचालित अंतरिक्ष यान को उतारने के लिए अत्यधिक विकिरण-सहिष्णु कोशिकाओं की आवश्यकता होगी।
बार्थेल बताते हैं, हालाँकि नई कोशिकाओं को मुख्य रूप से उपग्रहों के लिए एक शक्ति स्रोत के रूप में डिज़ाइन किया गया है भौतिकी की दुनिया कि वह पृथ्वी पर उपयोग के लिए अंतरिक्ष में बिजली उत्पन्न करने के लिए उनका उपयोग करने के "विचार को खारिज नहीं करता"। वह और उनके सहकर्मी अब इस अध्ययन से जो कुछ भी सीखा है उसका उपयोग अपनी कोशिकाओं को और अधिक अनुकूलित करने के लिए करने की योजना बना रहे हैं। "अब तक, हमने अपनी अल्ट्राथिन कोशिकाओं के लिए केवल एक मोटाई पर ध्यान दिया है और हमारे परिणाम हमें यह पता लगाने में मदद करेंगे कि क्या कोई अलग मोटाई है जो विकिरण सहनशीलता और प्रकाश अवशोषण के बीच बेहतर समझौता करती है," बार्थेल बताते हैं। "हम बिजली उत्पादन में सुधार के लिए कई अल्ट्राथिन कोशिकाओं को ढेर करने और विभिन्न सामग्री संयोजनों को आजमाने में भी रुचि रखते हैं।"
