เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดบางพิเศษใหม่สามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับดาวเทียมในพื้นที่ที่มีรังสีสูง พัฒนาโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในสหราชอาณาจักร อุปกรณ์นี้ใช้แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) ชั้นบาง ๆ เพื่อดูดซับแสงและทนทานต่อรังสีโปรตอนมากกว่าอุปกรณ์หนาที่ศึกษาก่อนหน้านี้
รังสีคอสมิกเป็นรังสีไอออไนซ์ที่ประกอบด้วยส่วนผสมของไอออนหนักและรังสีคอสมิก (โปรตอน อิเล็กตรอน และนิวเคลียสของอะตอมพลังงานสูง) สนามแม่เหล็กโลกปกป้องเราจากรังสีนี้ถึง 99.9% และอีก 0.1% ที่เหลือจะถูกลดทอนลงอย่างมากจากชั้นบรรยากาศของเรา อย่างไรก็ตาม ยานอวกาศไม่ได้รับการป้องกันดังกล่าว และรังสีสามารถสร้างความเสียหายหรือแม้แต่ทำลายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บนยานได้
ข้อบกพร่องที่เกิดจากการแผ่รังสีจะดักจับตัวพาประจุที่เปิดใช้งานด้วยแสง
ในเซลล์แสงอาทิตย์ ความเสียหายจากรังสีจะก่อให้เกิดข้อบกพร่องในวัสดุเซลล์แสงอาทิตย์ที่สร้างชั้นเก็บแสงของเซลล์ ข้อบกพร่องเหล่านี้ดักจับตัวพาประจุแบบโฟโตแอกตีฟที่รับผิดชอบในการสร้างกระแสไฟฟ้าไหลผ่านวัสดุ ลดกระแสไฟ และลดกำลังไฟฟ้าที่ส่งออกของเซลล์ในที่สุด
ยิ่งอนุภาคมีประจุต้องเดินทางผ่านเซลล์แสงอาทิตย์มากเท่าไร โอกาสที่อนุภาคเหล่านั้นจะพบกับข้อบกพร่องและถูกดักจับก็ยิ่งมีมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น การลดระยะการเดินทางนี้หมายความว่าอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่าจะถูกดักจับโดยข้อบกพร่อง
วิธีหนึ่งที่ทำได้คือทำให้เซลล์แสงอาทิตย์บางลง ในผลงานชิ้นใหม่นี้ นักวิจัยนำโดย อาร์มิน บาร์เธล ทำอย่างนั้นโดยสร้างเซลล์จากกองวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีชั้นดูดซับแสง GaAs หนาเพียง 80 นาโนเมตร
เพื่อทดสอบว่ากลยุทธ์นี้ใช้ได้ผลหรือไม่ ทีมงานได้เลียนแบบผลกระทบของรังสีคอสมิกโดยการถล่มเซลล์ใหม่ด้วยโปรตอนที่สร้างขึ้นที่โรงงานนิวเคลียร์ Dalton Cumbrian ในสหราชอาณาจักร จากนั้น พวกเขาวัดประสิทธิภาพของเซลล์โดยใช้การรวมกันของแคโทโดลูมิเนสเซนซ์ที่แก้ไขด้วยเวลา ซึ่งจะวัดขอบเขตของความเสียหายจากรังสี และอุปกรณ์ที่เรียกว่า Compact Solar Simulator ที่กำหนดว่าอุปกรณ์ที่ถูกทิ้งระเบิดจะเปลี่ยนแสงแดดเป็นพลังงานได้ดีเพียงใด
Barthel และเพื่อนร่วมงานพบว่าอายุการใช้งานของแท่นชาร์จในอุปกรณ์ลดลงจากประมาณ 198 พิโควินาที (10-12 s) ก่อนฉายรังสีประมาณ 6.2 พิโควินาทีหลังจากนั้น อย่างไรก็ตาม กระแสที่เกิดขึ้นจริงยังคงคงที่จนถึงระดับหนึ่งของความคล่องแคล่วของโปรตอน ซึ่งเกินกว่านั้นจะลดลงอย่างรวดเร็ว นักวิจัยกล่าวว่าการลดลงนี้มีความสัมพันธ์กับจุดที่อายุการใช้งานของพาหะซึ่งคำนวณจากแคโทโดลูมิเนสเซนซ์ เทียบได้กับเวลาที่พาหะข้ามผ่านอุปกรณ์บางเฉียบ
การผลิตกระแสไฟฟ้าในสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูง
“การประยุกต์ใช้ศักยภาพหลักของอุปกรณ์ที่ศึกษาในงานนี้คือการผลิตกระแสไฟฟ้าในสภาพแวดล้อมอวกาศที่มีความต้องการสูง” Barthel กล่าว ในการศึกษาที่อธิบายงานวิจัยซึ่งตีพิมพ์ใน วารสารฟิสิกส์ประยุกต์นักวิจัยเสนอว่าสภาพแวดล้อมดังกล่าวอาจเป็นวงโคจรมิดเดิ้ลเอิร์ธ (MEOs) เช่น วงโคจรโมลนิยาที่ผ่านใจกลางแถบรังสีโปรตอนของโลก และใช้สำหรับตรวจสอบและสื่อสารที่ละติจูดสูง เมื่อวงโคจรระดับต่ำของโลก (LEO) ที่ได้รับการปกป้องดีขึ้นเริ่มยุ่งเหยิงมากขึ้น วงโคจรดังกล่าวจะมีความสำคัญมากขึ้น
ท่อนาโนคาร์บอนช่วยให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีขอบเขตจำกัดสามารถต้านทานความเสียหายจากรังสี
วงโคจรของดวงจันทร์ยูโรปาของดาวพฤหัสบดี ซึ่งเป็นที่สนใจทางวิทยาศาสตร์เป็นพิเศษในการค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลก เป็นอีกตัวอย่างหนึ่ง ดวงจันทร์ดวงนี้มีสภาพแวดล้อมที่มีการแผ่รังสีรุนแรงที่สุดแห่งหนึ่งในระบบสุริยะ และการลงจอดของยานอวกาศที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์จะต้องใช้เซลล์ที่มีความทนทานต่อรังสีสูง
แม้ว่าเซลล์ใหม่จะได้รับการออกแบบมาให้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับดาวเทียมเป็นหลัก แต่ Barthel กล่าว โลกฟิสิกส์ ว่าเขา "ไม่ได้ปิดกั้นความคิด" ที่จะใช้มันเพื่อสร้างพลังงานในอวกาศสำหรับใช้บนโลกนี้ ตอนนี้เขาและเพื่อนร่วมงานวางแผนที่จะใช้สิ่งที่เรียนรู้จากการศึกษานี้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเซลล์ของพวกเขาต่อไป “จนถึงตอนนี้ เราได้พิจารณาความหนาเพียงค่าเดียวสำหรับเซลล์บางเฉียบของเรา และผลลัพธ์ของเราจะช่วยให้เราทราบได้ว่ามีความหนาต่างกันที่ทำให้เกิดการประนีประนอมระหว่างความทนทานต่อรังสีและการดูดกลืนแสงได้ดีขึ้นหรือไม่” Barthel อธิบาย “เรายังสนใจที่จะพิจารณาการซ้อนเซลล์บางเฉียบหลาย ๆ เซลล์เพื่อปรับปรุงกำลังขับและลองใช้วัสดุต่าง ๆ ผสมกัน”
