Sel fotovoltaik ultrathin baru dapat digunakan sebagai sumber daya untuk satelit di wilayah ruang angkasa yang mengalami radiasi tingkat tinggi. Dikembangkan oleh para peneliti dari University of Cambridge di Inggris, perangkat ini menggunakan lapisan tipis gallium arsenide (GaAs) untuk menyerap cahaya dan lebih kuat terhadap radiasi proton daripada perangkat yang lebih tebal yang dipelajari sebelumnya.
Radiasi kosmik adalah radiasi pengion yang terdiri dari campuran ion berat dan sinar kosmik (proton, elektron, dan inti atom berenergi tinggi). Medan magnet bumi melindungi kita dari 99.9% radiasi ini, dan 0.1% sisanya dilemahkan secara signifikan oleh atmosfer kita. Namun, pesawat ruang angkasa tidak menerima perlindungan seperti itu, dan radiasi dapat merusak atau bahkan menghancurkan perangkat elektronik di dalamnya.
Cacat yang diinduksi radiasi menjebak pembawa muatan yang diaktifkan foto
Pada sel surya, kerusakan akibat radiasi menimbulkan kerusakan pada bahan fotovoltaik yang membentuk lapisan pengumpul cahaya sel. Cacat ini menjebak pembawa muatan fotoaktivasi yang bertanggung jawab untuk menghasilkan aliran arus listrik melintasi material, mengurangi arus dan pada akhirnya menurunkan output daya sel.
Semakin jauh partikel bermuatan harus melakukan perjalanan melalui sel surya, semakin besar kemungkinan mereka menemukan cacat dan terjebak. Oleh karena itu, mengurangi jarak tempuh ini berarti sebagian kecil partikel akan terperangkap oleh cacat.
Salah satu cara untuk melakukan ini adalah membuat sel surya lebih tipis. Dalam karya baru, peneliti dipimpin oleh Armin Bartel melakukan hal itu, membuat sel mereka dari tumpukan bahan semikonduktor dengan lapisan penyerap cahaya GaA setebal 80 nm.
Untuk menguji apakah strategi ini berhasil, tim meniru efek radiasi kosmik dengan membombardir sel baru dengan proton yang dihasilkan di Fasilitas Nuklir Dalton Cumbrian di Inggris. Mereka kemudian mengukur kinerja sel menggunakan kombinasi cathodoluminescence yang diselesaikan waktu, yang mengukur tingkat kerusakan radiasi, dan perangkat yang dikenal sebagai Compact Solar Simulator yang menentukan seberapa baik perangkat yang dibombardir mengubah sinar matahari menjadi listrik.
Barthel dan rekannya menemukan bahwa masa pakai pembawa muatan di perangkat mereka menurun dari sekitar 198 picoseconds (10-12 s) pra-radiasi menjadi sekitar 6.2 pikodetik sesudahnya. Namun, arus yang sebenarnya tetap konstan hingga ambang tertentu dari fluence proton, di luar itu turun tajam. Para peneliti mengatakan penurunan ini berkorelasi dengan titik di mana masa pakai pembawa, dihitung dari cathodoluminescence, menjadi sebanding dengan waktu yang dibutuhkan pembawa untuk melintasi perangkat ultrathin.
Pembangkit listrik di lingkungan luar angkasa yang menuntut
“Aplikasi potensial utama dari perangkat yang dipelajari dalam pekerjaan ini adalah untuk pembangkit listrik di lingkungan luar angkasa yang menuntut,” kata Barthel. Dalam sebuah penelitian yang menggambarkan penelitian, yang diterbitkan di Jurnal Fisika Terapan, para peneliti menyarankan bahwa salah satu lingkungan tersebut mungkin orbit Bumi tengah (MEOs) seperti orbit Molniya yang melewati pusat sabuk radiasi proton Bumi dan digunakan untuk pemantauan dan komunikasi di lintang tinggi. Karena orbit rendah Bumi (LEO) yang terlindungi dengan lebih baik menjadi semakin berantakan, orbit semacam itu akan menjadi lebih penting.
Karbon nanotube membantu elektronik yang terikat ruang angkasa menahan kerusakan radiasi
Orbit bulan Jupiter, Europa, yang merupakan kepentingan ilmiah khusus dalam pencarian kehidupan di luar bumi, adalah contoh lainnya. Bulan ini memiliki salah satu lingkungan radiasi paling parah di tata surya dan mendaratkan pesawat ruang angkasa bertenaga surya di sana akan membutuhkan sel yang sangat toleran terhadap radiasi.
Meskipun sel-sel baru terutama dirancang sebagai sumber daya untuk satelit, kata Barthel Dunia Fisika bahwa dia "tidak mengesampingkan gagasan" untuk menggunakan mereka untuk menghasilkan tenaga di luar angkasa untuk digunakan di Bumi ini. Dia dan rekan-rekannya sekarang berencana untuk menggunakan apa yang mereka pelajari dari penelitian ini untuk lebih mengoptimalkan sel mereka. “Sejauh ini, kami hanya melihat satu ketebalan untuk sel ultrathin kami dan hasil kami akan membantu kami mengetahui apakah ada ketebalan berbeda yang memberikan kompromi yang lebih baik antara toleransi radiasi dan penyerapan cahaya,” jelas Barthel. “Kami juga tertarik untuk melihat menumpuk beberapa sel ultrathin untuk meningkatkan keluaran daya dan juga mencoba kombinasi bahan yang berbeda.”
