Apakah Sel Suria yang Boleh Menghalang Sinaran?

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

1、Sel suria berasaskan silikon (versi yang lebih baik)

1. Sel solar silikon kristal tunggal

Ciri-ciri: Diperbuat daripada bahan silikon monohabluran ketulenan tinggi, dengan struktur kristal yang lengkap dan rintangan sinaran yang kuat. Dalam persekitaran sinaran, jangka hayat pembawa minoriti berkurangan secara perlahan dan penurunan prestasi adalah agak kecil.

Aplikasi: Sumber kuasa utama untuk satelit angkasa lepas, seperti satelit siri American Explorer.

Arah penambahbaikan: Meningkatkan lagi rintangan sinaran dengan mengoptimumkan proses doping (seperti doping fosforus) atau teknik pempasifan permukaan.

2. Sel suria filem nipis silikon

Ciri-ciri: Ketebalan nipis (paras mikrometer), kehilangan tenaga yang rendah semasa penembusan sinaran, dan ketumpatan kecacatan rendah dalam struktur filem nipis, mengurangkan keadaan perangkap akibat sinaran.

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

2、Sel suria semikonduktor kompaun

1. Sel Suria Gallium Arsenide (GaAs).

Kelebihan teras:

Lebar celah jalur adalah sederhana (1.42 eV), dan dalam persekitaran sinaran, kadar penggabungan semula pembawa adalah rendah, menghasilkan kestabilan prestasi yang lebih baik daripada sel silikon.

Rintangan sinaran adalah 3-5 kali ganda daripada bateri silikon, terutamanya di bawah sinaran zarah tenaga tinggi (seperti proton dan elektron), pereputan kecekapan adalah lebih perlahan.

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

Jenis terbitan:

Bateri GaAs simpang tiga: Dengan menggunakan struktur bertindan (gabungan bahan dengan lebar celah jalur berbeza), ia masih boleh mengekalkan kecekapan penukaran yang tinggi di bawah sinaran (kecekapan makmal boleh mencapai lebih 30%).

2. Sel suria Kadmium telluride (CdTe).

Ciri-ciri: Lebar celah jalur 1.44 eV, serupa dengan GaA, rintangan sinaran yang baik dan kos yang lebih rendah daripada GaA.

Had: Mekanisme kerosakan sinaran CdTe agak kompleks, dan kemerosotan prestasinya di bawah sinaran kuat jangka panjang adalah lebih tinggi sedikit daripada GaAs. Pada masa ini, ia kebanyakannya digunakan dalam persekitaran sinaran rendah hingga sederhana.

3. Sel suria Indium fosfida (InP).

Kelebihan: Lebar celah jalur 1.35 eV, rintangan sinaran setanding dengan GaA, dan kestabilan yang lebih baik dalam persekitaran suhu tinggi.

Aplikasi: Sesuai untuk sinaran kuat dan senario suhu tinggi seperti penerokaan angkasa lepas dalam (seperti siasatan Musytari).

3、Jenis baharu sel suria tahan sinaran

1. Sel suria perovskite (rintangan sinaran bertambah baik)

Arah penyelidikan:

Dengan menambahkan lapisan pelindung sinaran (seperti nanozarah oksida logam) atau mengoptimumkan struktur kristal, kerosakan sinaran pada kekisi perovskit dapat dikurangkan.

Pada masa ini, data makmal menunjukkan bahawa beberapa sel perovskit yang diubah suai boleh mengurangkan kadar pereputan kecekapan mereka lebih daripada 50% di bawah sinaran beta.

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

2. Sel suria berasaskan berlian

Ciri-ciri: Lebar celah jalur berlian adalah setinggi 5.5 eV, dan ia mempunyai rintangan sinaran yang sangat kuat (dos sinaran boleh mencapai lebih daripada 100 kali ganda daripada silikon).

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

4、Teknologi utama untuk reka bentuk perlindungan sinaran

Pengoptimuman bahan

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

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

Penambahbaikan struktur

Mengguna pakai 'struktur medan belakang': memperkenalkan kawasan berdop tinggi pada bahagian belakang bateri untuk meningkatkan keupayaan pengumpulan pembawa dan mengimbangi pengurangan dalam hayat pembawa minoriti yang disebabkan oleh sinaran.

Reka bentuk 'unit berlebihan': Secara selari atau siri menyambungkan berbilang unit bateri, mengurangkan kesan kerosakan unit individu pada prestasi keseluruhan.

Piawaian ujian anti sinaran

Ujian yang biasa digunakan dalam medan angkasa termasuk sinaran proton (tenaga 1-100 MeV) dan sinaran elektron (tenaga 0.1-10 MeV), yang mesti memenuhi 'Piawaian Pengujian Peranti Fotovoltaik Tahan Sinaran' dan spesifikasi lain.

5、Senario aplikasi biasa

Penerokaan angkasa lepas: Sistem kuasa satelit, rover Marikh dan probe angkasa dalam (seperti Voyager) perlu menahan sinaran sinar kosmik dan angin suria.

Industri nuklear: Bekalan kuasa untuk peralatan pemantauan di sekitar loji kuasa nuklear perlu menahan sinar gamma dan sinaran neutron.

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

meringkaskan

Aplikasi komersial paling matang bagi sel suria anti sinaran pada masa ini ialah sel gallium arsenide (GaAs), terutamanya sesuai untuk pemandangan angkasa lepas; Bateri berasaskan silikon masih digunakan dalam persekitaran sinaran rendah hingga sederhana melalui proses yang lebih baik; Walau bagaimanapun, jenis bateri baharu seperti perovskite dan berlian masih dalam peringkat penyelidikan dan pembangunan dan mungkin menjadi penyelesaian alternatif untuk persekitaran sinaran tinggi pada masa hadapan. Apabila memilih, adalah perlu untuk mempertimbangkan secara menyeluruh jenis sinaran (sinarisasi zarah, sinaran elektromagnet), dos, dan keperluan kuasa senario aplikasi.