Radyasyonu önleyebilecek güneş hücreleri nelerdir?

Anti radyasyon güneş hücreleri esas olarak boşluk ve nükleer endüstri gibi güçlü radyasyon ortamlarında kullanılır ve enerji üretim verimliliğini korumak için anti radyasyon performansına sahip olması gerekir. Radyasyona dayanıklı güneş pillerinin birkaç yaygın türü ve özellikleri aşağıdadır:

1 、 Silikon bazlı güneş pilleri (geliştirilmiş versiyon)

1. Tek kristal silikon güneş pilleri

Özellikler: Tam bir kristal yapı ve güçlü radyasyon direncine sahip yüksek saflıkta monokristalin silikon malzemeden yapılmıştır. Radyasyon ortamında, azınlık taşıyıcılarının ömrü yavaş azalır ve performans bozulması nispeten küçüktür.

Uygulama: American Explorer Serisi uyduları gibi erken alan uyduları için ana güç kaynağı.

İyileştirme yönü: Doping süreçlerini (fosfor doping gibi) veya yüzey pasivasyon tekniklerini optimize ederek radyasyon direncini daha da artırır.

2. Silikon İnce Film Güneş Hücreleri

Özellikler: İnce kalınlık (mikrometre seviyesi), radyasyon penetrasyonu sırasında düşük enerji kaybı ve ince film yapısında düşük kusur yoğunluğu, radyasyona bağlı tuzak durumlarını azaltır.

Uygulama: Uluslararası Uzay İstasyonu için bazı yardımcı güç kaynakları gibi uzay aracı için kullanılabilen esnek güneş panelleri.

2 、 Bileşik Yarıiletken güneş pili

1. Galyum arsenit (GAAS) güneş pilleri

Temel Avantajlar:

Bant aralığı genişliği orta (1.42 eV) ve bir radyasyon ortamında, taşıyıcı rekombinasyon hızı düşüktür, bu da silikon hücrelerden daha iyi performans stabilitesi ile sonuçlanır.

Radyasyon direnci, özellikle yüksek enerjili partikül radyasyonu (protonlar ve elektronlar gibi) altında silikon pillerin 3-5 katıdır, verimlilik bozulması daha yavaştır.

Uygulama: Mars probları ve iletişim uyduları (GPS uyduları gibi) için güç sistemleri gibi ana boşluk güneş hücreleri.

Türev tipi:

Üçlü Junction Gaas Bataryası: Yığılmış bir yapı (farklı bant aralığı genişliklerine sahip malzemelerin bir kombinasyonu) kullanarak, yine de radyasyon altında yüksek dönüşüm verimliliğini koruyabilir (laboratuvar verimliliği%30'a ulaşabilir).

2. Kadmiyum tellurid (CDTE) güneş pilleri

Özellikler: GAA'lara benzer şekilde 1.44 eV bant aralığı genişliği, iyi radyasyon direnci ve GAA'lardan daha düşük maliyet.

Sınırlamalar: CDTE'nin radyasyon hasar mekanizması nispeten karmaşıktır ve uzun süreli güçlü radyasyon altındaki performans bozulması GAA'lardan biraz daha yüksektir. Şu anda, çoğunlukla düşük ve orta radyasyon ortamlarında kullanılmaktadır.

3. Indium Fosfit (INP) güneş pilleri

Avantajları: 1.35 eV bant aralığı genişliği, GaAs ile karşılaştırılabilir radyasyon direnci ve yüksek sıcaklık ortamlarında daha iyi stabilite.

Uygulama: Güçlü radyasyon ve derin uzay araştırmaları (Jüpiter Probu gibi) gibi yüksek sıcaklık senaryoları için uygundur.

3 、 Yeni radyasyona dayanıklı güneş pili tipi

1. Perovskit güneş pilleri (gelişmiş radyasyon direnci)

Araştırma Yönü:

Radyasyon koruma tabakaları (metal oksit nanoparçacıkları gibi) veya kristal yapının optimize edilmesi ile perovskit kafesine radyasyonun hasarı azaltılabilir.

Şu anda, laboratuvar verileri, bazı modifiye edilmiş perovskit hücrelerinin verimlilik bozulma oranlarını beta radyasyonu altında% 50'den fazla azaltabileceğini göstermektedir.

Zorluk: Uzun vadeli istikrarın hala doğrulanması ve henüz yaygın olarak uygulanmaması gerekmektedir.

2. Elmas bazlı güneş pilleri

Özellikler: Elmasın bant aralığı genişliği 5.5 eV kadar yüksektir ve son derece güçlü radyasyon direncine sahiptir (radyasyon dozu silikonun 100 katından fazla ulaşabilir).

İlerleme: Teorik araştırma ve deney aşamasında, ana zorluk yüksek hazırlık maliyeti ve düşük fotoelektrik dönüşüm verimliliğinde (şu anda yaklaşık%10) elmas filmlerde yatmaktadır.

4 、 Radyasyon koruma tasarımı için temel teknolojiler

Malzeme optimizasyonu

Pil substratları olarak kurşun ve tungsten gibi yüksek atom sayısı malzemelerinin veya yüksek enerjili radyasyonu korumak için kapsülleme katmanları kullanma.

Yüzeye partikül darbesi hasarını azaltmak için pillerin yüzeyinde anti radyasyon kaplamalarının (silikon dioksit ve silikon nitrür gibi) birikmesi.

Yapısal gelişme

'Arka alan yapısı ' ın benimsenmesi: taşıyıcı toplama kapasitesini artırmak ve radyasyonun neden olduğu azınlık taşıyıcı ömründeki azalmayı telafi etmek için pilin arkasına yüksek katmanlı bölgeler sunmak.

Tasarım 'Gereksiz Birimler ': Birden fazla pil ünitesini bağlayan paralel veya seri ile, bireysel birim hasarının genel performans üzerindeki etkisini azaltın.

Anti Radyasyon Test Standartları

Uzay alanında yaygın olarak kullanılan testler arasında proton radyasyonu (enerji 1-100 meV) ve NASA'nın 'radyasyona dayanıklı fotovoltaik cihaz test standartları ' ve diğer özellikleri karşılaması gereken elektron radyasyonu (enerji 0.1-10 meV) içerir.

5 、 Tipik uygulama senaryoları

Uzay Araştırmaları: Uyduların, Mars Rovers'ın ve derin uzay problarının (Voyager gibi) güç sistemlerinin kozmik ışınların ve güneş rüzgarının radyasyonuna direnmesi gerekir.

Nükleer endüstri: Nükleer santrallerin etrafındaki ekipmanları izleme güç kaynağı, gama ışınlarına ve nötron radyasyonuna dayanmalıdır.

Tıp alanı: Radyasyon terapisi ekipmanı için taşınabilir güç kaynakları röntgen direncine sahip olmalıdır.

özetlemek

Anti radyasyon güneş hücrelerinin en olgun ticari uygulaması şu anda, özellikle uzay sahneleri için uygun olan galyum arsenid (GAAS) hücreleridir; Silikon bazlı piller hala düşük ila orta radyasyon ortamlarında geliştirilmiş işlemler yoluyla kullanılmaktadır; Bununla birlikte, perovskite ve elmas gibi yeni pil türleri hala araştırma ve geliştirme aşamasındadır ve gelecekte yüksek radyasyon ortamları için alternatif çözümler haline gelebilir. Seçilirken, uygulama senaryosunun radyasyon tipini (parçacık radyasyonu, elektromanyetik radyasyon), doz ve güç gereksinimlerini kapsamlı bir şekilde dikkate almak gerekir.