一种新型超薄光伏电池可用作高辐射空间区域卫星的电源。 该设备由英国剑桥大学的研究人员开发，使用一层薄薄的砷化镓 (GaAs) 来吸收光线，并且比之前研究的较厚的设备更能抵抗质子辐射。
宇宙辐射是由重离子和宇宙射线（高能质子、电子和原子核）混合而成的电离辐射。 地球磁场保护我们免受 99.9% 的这种辐射，其余 0.1% 被我们的大气层显着减弱。 然而，航天器没有这种保护，辐射会损坏甚至毁坏其机载电子设备。
辐射诱导的缺陷捕获光活化电荷载流子
在太阳能电池中，辐射损伤会在构成电池集光层的光伏材料中引入缺陷。 这些缺陷会捕获负责在材料中产生电流的光活化电荷载流子，从而减少电流并最终降低电池的功率输出。
带电粒子必须穿过太阳能电池的距离越远，它们遇到缺陷并被捕获的可能性就越大。 因此，减少这个行进距离意味着更小部分的粒子将被缺陷捕获。
一种方法是使太阳能电池更薄。 在这项新工作中，由 阿明·巴特尔 正是这样做的，他们用一堆半导体材料制造了他们的电池，其中 GaAs 光吸收层只有 80 nm 厚。
为了测试这种策略是否有效，该团队通过用英国道尔顿坎布里亚核设施产生的质子轰击新电池来模仿宇宙辐射的影响。 然后，他们结合使用时间分辨阴极发光（测量辐射损伤程度）和称为紧凑型太阳光模拟器的设备（确定被轰击的设备将太阳光转化为能量的程度）来测量电池的性能。
Barthel 及其同事发现，他们设备中电荷载体的寿命从大约 198 皮秒（10-12 s) 之后预辐射大约 6.2 皮秒。 然而，实际电流在达到质子注量的某个阈值之前保持恒定，超过该阈值它会急剧下降。 研究人员表示，这种下降与载流子寿命（根据阴极发光计算）变得与载流子穿过超薄设备所需时间相当的点相关。
在苛刻的太空环境中发电
“在这项工作中研究的设备的主要潜在应用是在苛刻的太空环境中发电，”Barthel 说。 在一项描述该研究的研究中，该研究发表于 应用物理学报，研究人员提出，这样的环境之一可能是中地球轨道（MEO），例如穿过地球质子辐射带中心的 Molniya 轨道，用于高纬度地区的监测和通信。 随着受到更好保护的近地轨道 (LEO) 变得越来越混乱，此类轨道将变得更加重要。
碳纳米管帮助空间电子设备抵抗辐射损伤
木星卫星欧罗巴的轨道是另一个例子，它在寻找地外生命方面具有特别的科学意义。 这颗卫星拥有太阳系中最恶劣的辐射环境之一，在那里降落的太阳能航天器将需要高度耐辐射的电池。
Barthel 表示，尽管新电池主要设计用作卫星的电源 物理世界 他“不排除”使用它们在太空中产生能量以供在地球上使用的想法。 他和他的同事现在计划利用他们从这项研究中学到的知识来进一步优化他们的细胞。 “到目前为止，我们只研究了超薄电池的一种厚度，我们的结果将帮助我们弄清楚是否有不同的厚度可以在耐辐射性和光吸收之间提供更好的折衷，”Barthel 解释说。 “我们也有兴趣研究堆叠多个超薄电池以提高功率输出，并尝试不同的材料组合。”
