새로운 초박형 광전지는 높은 수준의 방사선을 경험하는 우주 지역에서 위성의 전원으로 사용될 수 있습니다. 영국 케임브리지 대학의 연구원들이 개발한 이 장치는 갈륨 비소(GaAs)의 얇은 층을 사용하여 빛을 흡수하고 이전에 연구된 두꺼운 장치보다 양성자 방사선에 더 강합니다.
우주 방사선은 무거운 이온과 우주선(고에너지 양성자, 전자 및 원자핵)의 혼합물로 구성된 전리 방사선입니다. 지구 자기장은 이 방사선의 99.9%로부터 우리를 보호하고 나머지 0.1%는 대기에 의해 상당히 감쇠됩니다. 그러나 우주선은 그러한 보호를 받지 못하며 방사선은 온보드 전자 장치를 손상시키거나 심지어 파괴할 수 있습니다.
방사선 유도 결함은 광활성 전하 캐리어를 가두어 둡니다.
태양 전지에서 방사선 손상은 전지의 집광층을 형성하는 광전지 재료에 결함을 도입합니다. 이러한 결함은 재료 전체에 전류 흐름을 생성하는 광활성 전하 운반체를 가두어 전류를 감소시키고 궁극적으로 셀의 전력 출력을 낮춥니다.
하전 입자가 태양 전지를 통해 더 멀리 이동해야 할수록 결함에 부딪혀 갇힐 가능성이 높아집니다. 따라서 이 이동 거리를 줄이면 입자의 더 작은 부분이 결함에 의해 갇히게 됩니다.
이를 수행하는 한 가지 방법은 태양 전지를 더 얇게 만드는 것입니다. 새로운 연구에서 아르민 바르텔 정확히 80nm 두께의 GaAs 광흡수층을 가진 반도체 물질 스택으로 셀을 제작했습니다.
이 전략이 효과가 있는지 테스트하기 위해 팀은 영국의 Dalton Cumbrian 원자력 시설에서 생성된 양성자로 새로운 세포를 폭격하여 우주 방사선의 영향을 모방했습니다. 그런 다음 방사선 손상 정도를 측정하는 시간 분해 음극 발광과 포격 장치가 햇빛을 전력으로 얼마나 잘 변환하는지 결정하는 Compact Solar Simulator로 알려진 장치의 조합을 사용하여 전지의 성능을 측정했습니다.
Barthel과 동료들은 장치에 있는 전하 캐리어의 수명이 약 198피코초(10-12 s) 이후 약 6.2 피코초까지의 사전 방사. 그러나 실제 전류는 양성자 플루언스의 특정 임계값까지 일정하게 유지되었으며, 그 이상에서는 급격히 떨어졌습니다. 연구원들은 이 감소가 음극 발광에서 계산된 캐리어 수명이 캐리어가 초박형 장치를 통과하는 데 걸리는 시간과 비슷해지는 지점과 관련이 있다고 말합니다.
까다로운 우주 환경에서의 발전
Barthel은 "이 작업에서 연구된 장치의 주요 잠재적 응용 분야는 까다로운 우주 환경에서 발전을 위한 것"이라고 말했습니다. 에 발표된 연구를 설명하는 연구에서 응용 물리학 저널, 연구원들은 그러한 환경 중 하나가 지구의 양성자 복사대 중심을 통과하고 고위도에서 모니터링 및 통신에 사용되는 Molniya 궤도와 같은 중간 지구 궤도(MEO)일 수 있다고 제안합니다. 더 잘 보호된 저궤도(LEO)가 점점 더 복잡해짐에 따라 그러한 궤도는 더욱 중요해질 것입니다.
탄소 나노튜브는 우주에 결합된 전자 장치가 방사선 손상에 저항하는 데 도움이 됩니다.
외계 생명체 탐색에 있어 특히 과학적 관심을 끄는 목성의 위성 유로파의 궤도가 또 다른 예입니다. 이 달은 태양계에서 가장 가혹한 방사선 환경 중 하나를 가지고 있으며 태양열 우주선을 착륙시키려면 높은 방사선 내성 세포가 필요합니다.
새로운 셀은 주로 위성의 전원으로 설계되었지만 Barthel은 말합니다. 물리 세계 그는 여기 지구에서 사용할 수 있도록 우주에서 전력을 생성하는 데 사용하는 아이디어를 "배제하지 않는다"고 말했습니다. 그와 그의 동료들은 이제 이 연구에서 배운 것을 사용하여 세포를 더욱 최적화할 계획입니다. Barthel은 "지금까지 우리는 초박형 전지에 대해 한 가지 두께만 살펴봤으며, 우리의 결과는 방사선 내성과 빛 흡수 사이에 더 나은 절충안을 제공하는 다른 두께가 있는지 알아내는 데 도움이 될 것"이라고 설명했습니다. "우리는 또한 전력 출력을 향상시키기 위해 여러 개의 초박형 셀을 적층하고 다양한 재료 조합을 시도하는 데 관심이 있습니다."
