Apakah sel solar yang dapat mencegah sinaran?

Sel solar anti radiasi terutamanya digunakan dalam persekitaran radiasi yang kuat seperti ruang dan industri nuklear, dan perlu mempunyai prestasi anti radiasi untuk mengekalkan kecekapan penjanaan kuasa. Berikut adalah beberapa jenis biasa dan ciri -ciri sel solar tahan radiasi:

1 、 Silicon berasaskan sel solar (versi yang lebih baik)

1. Sel solar silikon kristal tunggal

Ciri-ciri: Diperbuat daripada bahan silikon monocrystalline yang tinggi, dengan struktur kristal yang lengkap dan rintangan radiasi yang kuat. Dalam persekitaran radiasi, seumur hidup pembawa minoriti berkurangan perlahan dan kemerosotan prestasi agak kecil.

Permohonan: Sumber kuasa utama untuk satelit ruang angkasa awal, seperti satelit Siri American Explorer.

Arah Penambahbaikan: Meningkatkan lagi rintangan radiasi dengan mengoptimumkan proses doping (seperti fosforus doping) atau teknik passivation permukaan.

2. Sel solar filem nipis silikon

Ciri-ciri: Ketebalan nipis (tahap mikrometer), kehilangan tenaga yang rendah semasa penembusan radiasi, dan ketumpatan kecacatan rendah dalam struktur filem nipis, mengurangkan keadaan perangkap yang disebabkan oleh radiasi.

Permohonan: Panel solar fleksibel yang boleh digunakan untuk kapal angkasa, seperti beberapa sumber kuasa tambahan untuk Stesen Angkasa Antarabangsa.

2 、 Compound Semiconductor Solar Cell

1. Gallium Arsenide (GaAs) Sel Suria

Kelebihan Teras:

Lebar bandgap adalah sederhana (1.42 eV), dan dalam persekitaran radiasi, kadar rekombinasi pembawa adalah rendah, mengakibatkan kestabilan prestasi yang lebih baik daripada sel silikon.

Rintangan radiasi adalah 3-5 kali dari bateri silikon, terutamanya di bawah radiasi zarah tenaga tinggi (seperti proton dan elektron), kerosakan kecekapan lebih perlahan.

Aplikasi: Sel -sel solar ruang arus perdana, seperti sistem kuasa untuk probe Marikh dan satelit komunikasi (seperti satelit GPS).

Jenis Derivatif:

Bateri Triple Junction GAAS: Dengan menggunakan struktur yang disusun (gabungan bahan dengan lebar bandgap yang berbeza), ia masih dapat mengekalkan kecekapan penukaran yang tinggi di bawah radiasi (kecekapan makmal dapat mencapai lebih dari 30%).

2. Cadmium Telluride (CDTE) Sel solar

Ciri -ciri: Bandgap lebar 1.44 eV, sama dengan GaAs, rintangan radiasi yang baik, dan kos yang lebih rendah daripada GaAs.

Batasan: Mekanisme kerosakan radiasi CDTE agak kompleks, dan kemerosotan prestasinya di bawah radiasi kuat jangka panjang sedikit lebih tinggi daripada GaAs. Pada masa ini, kebanyakannya digunakan dalam persekitaran radiasi rendah hingga sederhana.

3. Sel solar indium fosfida (INP)

Kelebihan: Bandgap lebar 1.35 eV, rintangan radiasi yang setanding dengan GaAs, dan kestabilan yang lebih baik dalam persekitaran suhu tinggi.

Permohonan: Sesuai untuk radiasi yang kuat dan senario suhu tinggi seperti penerokaan ruang dalam (seperti probe Musytari).

3 、 Jenis baru sel solar tahan radiasi

1. Sel solar perovskite (rintangan radiasi yang lebih baik)

Arah Penyelidikan:

Dengan menambah lapisan pelindung radiasi (seperti nanopartikel oksida logam) atau mengoptimumkan struktur kristal, kerosakan radiasi ke kisi perovskite dapat dikurangkan.

Pada masa ini, data makmal menunjukkan bahawa beberapa sel perovskite yang diubahsuai dapat mengurangkan kadar kerosakan kecekapan mereka lebih daripada 50% di bawah radiasi beta.

Cabaran: Kestabilan jangka panjang masih perlu disahkan dan belum digunakan secara meluas.

2. Sel solar berasaskan berlian

Ciri -ciri: Bandgap lebar berlian adalah setinggi 5.5 eV, dan ia mempunyai rintangan radiasi yang sangat kuat (dos radiasi dapat mencapai lebih dari 100 kali silikon).

Kemajuan: Dalam penyelidikan teoritis dan peringkat eksperimen, kesukaran utama terletak pada kos penyediaan yang tinggi dan kecekapan penukaran fotoelektrik yang rendah (kini kira -kira 10%) filem berlian.

4 、 Teknologi Utama untuk Reka Bentuk Perlindungan Sinaran

Pengoptimuman Bahan

Menggunakan bahan nombor atom yang tinggi seperti plumbum dan tungsten sebagai substrat bateri atau lapisan enkapsulasi untuk melindungi radiasi tenaga tinggi.

Pemendapan salutan anti radiasi (seperti silikon dioksida dan silikon nitrida) pada permukaan bateri untuk mengurangkan kerosakan kesan zarah ke permukaan.

Peningkatan struktur

Mengguna pakai struktur medan belakang ': memperkenalkan kawasan yang sangat doped di belakang bateri untuk meningkatkan keupayaan pengumpulan pembawa dan mengimbangi penurunan jangka hayat pembawa minoriti yang disebabkan oleh radiasi.

Reka bentuk 'Unit Berbalik ': Dengan selari atau siri yang menghubungkan unit bateri berganda, mengurangkan kesan kerosakan unit individu ke atas prestasi keseluruhan.

Piawaian ujian anti radiasi

Ujian yang biasa digunakan dalam medan ruang termasuk radiasi proton (tenaga 1-100 MeV) dan radiasi elektron (tenaga 0.1-10 MeV), yang mesti memenuhi piawaian ujian peranti fotovoltaik NASA 'dan spesifikasi lain.

5 、 Senario aplikasi biasa

Eksplorasi Ruang: Sistem kuasa satelit, Mars Rovers, dan probe ruang dalam (seperti Voyager) perlu menahan radiasi sinaran kosmik dan angin suria.

Industri Nuklear: Bekalan kuasa untuk memantau peralatan di sekitar loji kuasa nuklear perlu menahan sinar gamma dan radiasi neutron.

Bidang Perubatan: Bekalan kuasa mudah alih untuk peralatan terapi radiasi mesti mempunyai rintangan sinar-X.

meringkaskan

Aplikasi komersil yang paling matang dari sel solar anti radiasi kini adalah sel Gallium Arsenide (GAAs), terutama yang sesuai untuk adegan ruang; Bateri berasaskan silikon masih digunakan dalam persekitaran radiasi rendah hingga sederhana melalui proses yang lebih baik; Walau bagaimanapun, jenis bateri baru seperti perovskite dan berlian masih dalam peringkat penyelidikan dan pembangunan dan mungkin menjadi penyelesaian alternatif untuk persekitaran radiasi yang tinggi pada masa akan datang. Apabila memilih, adalah perlu untuk secara komprehensif mempertimbangkan jenis radiasi (radiasi zarah, radiasi elektromagnet), dos, dan keperluan kuasa senario aplikasi.