科學家已經開發出一種耐輻射的光伏電池設計，其特點是超薄的吸光材料層。根據

2022

年

1

1

月

8

日發表在《應用物理學雜誌》上的一項新研究，這種裝置的特點是其表面的

電池

厚度只有人類頭髮的千分之一。

值得注意的是，超薄太陽能電池不僅在抗輻射能力上超過了早期

提出

的較厚太陽能電池

；

在使用

20

年後，它們也能從轉化的太陽光中產生相同數量的電力。此外，新型光伏電池可以減少負載，大大降低發射費用。

隨著越來越多的衛星進入地球的中軌道，它們將暴露在更嚴重的空間輻射中

由於近地軌道變得擁擠，在中地球軌道使用衛星變得越來越重要。然而，地球周圍的質子輻射帶被它穿過，這意味著在這些更高的軌道上需要抗輻射電池的設計。

研究遙遠的行星和衛星也需要耐輻射的

電池

。例如，木星的衛星木衛二

（Europa）

的輻射環境是太陽系中最惡劣的。因此，太陽能航天器要在木衛二上著陸，就必須配備耐輻射裝置。

研究人員使用半導體砷化鎵構建了兩種型別的光伏器件。其中一種是片上設計，透過堆疊各種材料

——

一種材料疊加在另一種材料上。

這些

電池

含有一層超薄的吸光氣體，這是它們抗輻射能力的關鍵。根據研究人員的說法，每個

電池

的表面只有

120

奈米厚，大約是人類頭髮厚度的千分之一。這種設計還涉及到這些電池的邊界是導電金屬。

另一種方法是使用銀背鏡

（

silver back mirror

）

來提高光吸收。

用英國道爾頓

·

坎布里

亞

核設施產生的質子攻擊這些裝置，以模擬太空輻射的影響。陰極發光是一種可以估計輻射損傷程度的方法，用來比較

暴露前後

光伏器件的效能。

此外，利用緊湊型太陽模擬器進行了第二組測試，測試了這些裝置在受到質子撞擊後將陽光轉化為電能的效率。

結果顯示，

與較厚的裝置相比，超薄的幾何結構提供了兩個數量級的良好效能

。

研究人員

認為，這種超薄電池的效能優於傳統電池，因為載流子可以存活足夠長的時間，流經裝置的終端。

那麼，

“

更

薄

”

是如何延長光伏電池的壽命的呢

？

大多數在軌衛星使用光伏電池。當光照射到太陽能電池上時，它的能量被轉移到材料上帶負電的電子上。這些載流子被移走，在光伏上產生

電流

。

然而，空間輻射會破壞太陽能電池，並透過轉移材料中的原子和縮短載流子的壽命來降低效率。因為更薄的光伏將意味著這些載流子在它們的生命週期中旅行的距離更短，這將等同於延長壽命。

他們的研究結果表明，他們可能是有道理的。研究人員發現，經過

20

年的執行，這種覆蓋玻璃減少約

3。5

倍的新

電池

與壁較厚的

電池

提供了相同的能量。

不過，與所有新技術的發展一樣，新電池能否大規模發展則是另一回事。

關於太陽能電池，分享三本專著：

《太陽能電池物理》，上海交通大學出版社

2011

年出版。

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《新型薄膜太陽能電池》，化學工業出版社

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《高效率太陽電池與光伏發電新技術》，科學出版社

2017

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