Ansichten: 0 Autor: Site Editor Veröffentlichung Zeit: 2025-06-19 Herkunft: Website
Eine der kritischsten Herausforderungen für die Space Solarzellen sind die harte Strahlungsumgebung im Weltraum. Im Gegensatz zu Erde, die von der Schutzabschirmung der Atmosphäre und dem Magnetfeld profitiert, ist der Raum mit energiereicher Partikeln gefüllt, die die Leistung der Solarzellen im Laufe der Zeit erheblich beeinträchtigen können.
Zwei der schädlichsten Strahlentypen, die im Weltraum auftreten, sind energiereiche Protonen und Elektronen. Diese Partikel stammen hauptsächlich aus der Sonne (als solare energetische Partikel) und den Van -Allen -Strahlungsgürteln, insbesondere in der niedrigen Erdumlaufbahn (LEO), der mittleren Erdumlaufbahn (MeO) und der Geostationskorbit (GEO). Im Laufe der Zeit kann diese Strahlung in Solarzellenmaterialien eindringen und Verschiebungsschäden im Kristallgitter der Halbleiterschichten verursachen. Dieser strukturelle Schaden führt zu einer reduzierten Lebensdauer der Träger und verschlechtert letztendlich die Leistung der Solarzelle.
In Deep Space oder Umlaufbahnen in hoher Höhe, kosmische Strahlen-extrem energiegeladene Partikel von jenseits unseres Sonnensystems-verstärken die Strahlungsexposition und erfordern die Notwendigkeit einer strahlungshärteten Solarzellentechnologie noch dringender.
Das Verständnis, wie sich Strahlung auf Weltraum -Solarzellen auswirkt, ist entscheidend für die Auswahl der richtigen Materialien, Zellarchitekturen und Schutzmaßnahmen. Ohne ausreichend Strahlenwiderstand können Stromsysteme vorzeitig ausfallen und ganze Weltraummissionen gefährden. Daher ist das Entwerfen von Solarzellen, die eine langfristige Exposition gegenüber intensiven Strahlung standhalten können, ein Eckpfeiler der modernen Raumfahrzeugentwicklung.
Die Strahlung im Weltraum hat einen direkten und oft irreversiblen Einfluss auf die Leistung von Weltraum -Solarzellen. Der Kernmechanismus für diesen Abbau beinhaltet die Wechselwirkung von energiereicher Partikeln-wie Protonen, Elektronen und kosmische Strahlen-mit den Materialien und der inneren Struktur der Solarzelle, insbesondere der PN-Übergang, die für die Erzeugung von Strom aus Sonnenlicht verantwortlich ist.
Wenn energetische Partikel mit dem Halbleitermaterial kollidieren, verdrängen sie Atome aus ihren ursprünglichen Positionen und erzeugen Leerstellen und Interstitials - kollektiv als Kristallgitterdefekte bekannt. In Space Solarzellen auf Gaas basieren diese Defekte als Rekombinationszentren, die freie Ladungsträger (Elektronen und Löcher) erfassen, bevor sie zum elektrischen Strom beitragen können. Dieser Verlust verringert die Lebensdauer der Träger und verringert die Gesamt -Zell -Effizienz signifikant.
Der PN-Übergang, das Herz der Sonnenzelle, in dem lichtinduzierte Elektronenlochpaare getrennt sind, ist besonders anfällig für ionisierende Strahlung. Mit energiereicher Strahlung können Grenzflächenzustände und Fallenladungen in der Nähe der Kreuzung eingeführt werden, wodurch das elektrische Feld verändert wird, das die Trennung der Träger antreibt. Dies führt zu:
Eine Verringerung der Open-Circuit-Spannung (VOC).
Verringerte Kurzschlussstrom (ISC).
Niedrigerer Füllfaktor (FF) und Gesamteffizienz.
Im Laufe der Zeit kann sich die Umwandlungseffizienz der Solarzelle abhängig von der Strahlungsdosis und der Dauer der Exposition um 20% oder mehr abbauen, wenn sich mehr Defekte ansammeln.
Strahlung kann auch Oberflächenbeschichtungen, Anti-reflektierende Schichten und Metallverbindungen in modularen Plattenanordnungen schädigen. Dies kann zu einem erhöhten Serienresistenz, thermischen Instabilität und sogar zu einer Delaminierung von Zellkomponenten führen, insbesondere bei Missionen mit langer Zeit.
Im Zusammenhang mit der Gestaltung dauerhafter und effizienter Raum -Solarzellen ist eine der wichtigsten Entscheidungen die Wahl des Zellmaterials. Während sowohl Silizium- als auch Galliumarsenid (GAAs) -Stechnologien in Weltraumanwendungen eingesetzt wurden, haben sich GAAS-Solarzellen mit dreifachem Juni als signifikant bessere Strahlungsresistenz als ihre Silizium-Gegenstücke nach.
Drei-Junction-GaAs-Solarzellen bestehen aus drei aufeinander gestapelten Unterzellen: typischerweise GainP (obere Zelle), GaAs (mittlere Zelle) und GE (Bodenzelle). Jede Schicht ist abgestimmt, um einen bestimmten Teil des Solarzspektrums zu absorbieren, wodurch eine effizientere Lichtabsorption und eine höhere Gesamtenergieumwandlung ermöglicht werden - mehr als 30% Effizienz.
Im Gegensatz dazu wirken herkömmliche Silizium-Solarzellen als Einzelgerichtsgeräte, wodurch ein engerer Bereich von Wellenlängen erfasst und im Allgemeinen niedrigere Effizienzsteigerungen erzielt werden (etwa 15–20% in Weltraumumgebungen).
Bei der Raumstrahlung (z. B. hochwertigen Protonen und Elektronen) sind die Dreikreuz-GaAs-Zellen langsamere Abbauraten als Siliziumzellen. Die wichtigsten Gründe sind:
Die direkte Bandlückenstruktur von GaAs -Materialien ermöglicht einen schnelleren Transporttransport und eine bessere Toleranz gegenüber Kristallschäden.
GaAs-Zellen erzeugen weniger strahlungsinduzierte Defekte, die die leistungskritischen Parameter wie die Lebensdauer der Träger und die Diffusionslänge der Minderheitenträger beeinflussen.
Das geschichtete Design von Triple-Junction-Zellen sorgt für eine inhärente Redundanz: Selbst wenn eine Unterzelle leicht abgebaut ist, können andere weiterhin effektiv Strom produzieren.
Studien haben gezeigt, dass GaAs -Zellen bei gleicher Strahlenexposition über 90% ihrer anfänglichen Leistung beibehalten können, während Siliziumzellen unter 70% sinken können.
Über die Strahlung hinaus führen die Raumumgebungen auch schwere thermische Stress auf. GaAs -Zellen haben eine höhere Stabilität der Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass ihre Leistung über extreme Temperaturschwankungen hinweg konsistenter bleibt - ein wichtiger Faktor für Missionen in LEO, GEO oder Deep Space.
Wenn es darum geht, Raum-Solarzellen zu entwerfen, die in der Lage sind, in hochrahlenden Umlaufbahnen und Tiefflächenumgebungen zuverlässig zu arbeiten, spielen mehrere wichtige Überlegungen zum Design. Von der Materialwissenschaft bis zum Präzisionstechnik beeinflusst jedes Detail die endgültige Leistung und Haltbarkeit der Sonnenzelle im Weltraum.
Der Kern einer strahlungsresistenten Weltraum-Solarzelle liegt in ihrer Mehrkrankungsstruktur. Die hocheffizienten Zellen von YIM werden unter Verwendung einer GainP2/GaAs/GE-Triple-Junction-Konfiguration erstellt, mit der jede Unterzelle einen bestimmten Teil des Solarzspektrums absorbiert. Diese Struktur steigert nicht nur die Stromumwandlungseffizienz auf 30–32%, sondern bietet auch eine überlegene Toleranz gegenüber Verschiebungsschäden, die durch hochwertige Protonen und Elektronen verursacht werden.
Jede der drei Schichten hat unterschiedliche Rollen:
GainP2 (obere Zelle): Hervorragend für UV- und energiereiche sichtbare Lichtabsorption; hoch strahlungsgehärtet.
GaAs (Mittelzelle): Hauptleistungspartner mit guter Effizienz und starker struktureller Stabilität.
GE (Bodenzelle): fängt Infrarotlicht auf und dient als mechanisches Substrat mit zusätzlicher Haltbarkeit.
Bei Strahlenwiderstand geht es nicht nur um die Photovoltaikschichten - es hängt auch von Strategien für intelligente Schutz ab. YIM enthält räumlich qualifiziertes Abdeckglas, um die Solarzellenoberfläche vor Atom-Sauerstofferosion, Mikrometeoroid-Auswirkungen und UV-induzierter Abbau zu schützen. Diese Glasschichten sind anti-reflektierende beschichtete und thermisch mit der Zelle übereinstimmen, um sowohl Schutz als auch Leistung zu gewährleisten.
Zusätzlich enthält jede Solarzellenbaugruppe eine diskrete Silizium-Bypass-Diode, die eine Schädigung der Rückseite des BIAS verhindert und die elektrische Kontinuität sicherstellt, auch wenn ein Teil des Panels schattiert ist oder fehlschlägt. Diese Dioden sind in modularen oder großarray-Anwendungen von entscheidender Bedeutung, in denen die Leistungseinheitlichkeit von Bedeutung ist.
Shanghai Yim Machinery Equipment Co., Ltd. beschäftigt fortschrittliche Schweiß-, Verkapselungs- und Interconnect-Technologien in seinem Flaggschiff SC-3GA-1 und SC-3GA-4-Solarzellenanordnungen. Diese Modelle verwenden:
Laser-geschweißte Kovar/Silver-Interconnectoren für sichere Verbindungen mit niedrigem Widerstand.
Strahlengehärtete Blumenmaterialien zur Aufrechterhaltung der mechanischen und elektrischen Integrität unter thermischem Radfahren und Teilchenbombardierung.
Modulare Konstruktion zur Integration in Arrays und Solarflügel verschiedener Konfigurationen.
Insbesondere der SC-3GA-4 verfügt über ein CIC-Design (Cell Interconctected Circuit) und ist für hocheffiziente, hohen Stabilitätsbetrieb selbst bei erweiterten GEO-Missionen oder interplanetarer Sonden konstruiert.
Alle Weltraum-Solarzellen und -Antsbilder von YIM erfüllen die strengen Anforderungen der ECSS E ST20-08C, einer europäischen Zusammenarbeit für die Richtlinie zur Weltraumstandardisierung, die die Leistung und Umweltbelastung der im Weltraum verwendeten Photovoltaik-Technologien regelt. Diese Konformität sicherstellt:
Vorhersehbare Abbaukurven unter bekannten Strahlungsdosen.
Qualifikation für Leo-, Meo-, Geo- und Interplanetary -Missionen.
Kompatibilität mit Satellitenleistungssystemstandards weltweit.
Yims Weltraum-Solarzellen sind nicht nur laborisch-sie sind räumlich. Ihre Solarzellenanordnungen wurden in einer Vielzahl hochkarätiger Missionen eingesetzt, darunter:
Beidou-3 (M12) und Beidou-42 Navigationssatelliten.
Chang'e-4, Chinas Mission Lunar Lander and Rover.
Gaofen-11, ZY-3 (03) Erde Beobachtungssatelliten.
Moziji, Haiyang-2b und Dutzende anderer Leo- und Geo-Satelliten.
In diesen Missionen haben Yims Triple-Junction-GaAs-Zellen über längere Betriebszeiträume, hervorragende thermische und mechanische Stabilität und keinen wesentlichen Abbau durch Strahlenexposition einen minimalen Effizienzverlust gezeigt, der ihr Design und ihre Technik in realen Umgebungen ausgibt.
In der unversöhnlichen Umgebung des Weltraums entspricht der Strahlungswiderstand die Missionszuverlässigkeit. Hocheffizienz, strahlungsgehärtet Space -Solarzellen wie die von Shanghai Yim Machinery Equipment Co., Ltd. produziert, liefern die kritische Balance von:
Hohe Leistung
Langes Betriebsleben
Stabile Leistung über Orbitalzonen hinweg
Wenn sich mehr Weltraummissionen in längere Umlaufbahnen, tiefere Erkundungen und hochrahlende Zonen verwandeln, wird die Nachfrage nach robuster, präzisionsbetriebener Solartechnologie nur zunehmen.
Um sicherzustellen, dass Ihre Satelliten-, Rover- oder Deep-Space-Sonde von den vertrauenswürdigsten und räumlichsten Lösungen angetrieben wird www.shyimspace.com oder wenden Sie sich an ihr Expertenteam, um technische Beratung und Produktunterstützung zu erhalten.
