La mayoría de los satélites espaciales funcionan con células fotovoltaicas que convierten la luz solar en electricidad. La exposición a ciertos tipos de radiación en órbita puede dañar los dispositivos, comprometer el rendimiento y reducir su vida útil.
en Revista de Física AplicadaPor AIP Publishing, científicos de la Universidad de Cambridge han propuesto diseñar una celda fotovoltaica resistente a la radiación que presenta una capa extremadamente delgada de un material que absorbe la luz.
Cuando las células solares absorben la luz, transfieren su energía a los electrones cargados negativamente del material. Estos portadores de carga se liberan libremente y generan un flujo de electricidad a través de las células fotovoltaicas. La irradiación espacial provoca daños y reduce la eficiencia al desplazar átomos en el material de la célula solar y reducir la vida útil de los portadores de carga. Hacer que las células fotovoltaicas sean más delgadas debería aumentar su longevidad porque los portadores de carga tienen menos distancia que recorrer durante su vida útil más corta.
A medida que LEO se llena cada vez más de satélites, se ha vuelto cada vez más necesario utilizar órbitas de la Tierra Media, como la órbita de Molenia que pasa por el centro del cinturón de radiación de protones de la Tierra. Se necesitarán diseños de células tolerantes a la radiación para estos orbitales superiores.
Otra aplicación de las células resistentes a la radiación es el estudio de otros planetas y lunas. Por ejemplo, Europa, la luna de Júpiter, tiene uno de los entornos más radiactivos del sistema solar. Aterrizar una nave espacial impulsada por energía solar a bordo de Europa requeriría instrumentos tolerantes a la radiación.
Los investigadores construyeron dos tipos de dispositivos fotovoltaicos utilizando arseniuro de galio semiconductor. Uno era un diseño en chip construido colocando varias capas en una pila. El otro diseño incluye un espejo trasero plateado para mejorar la absorción de la luz.
Para imitar los efectos de la radiación en el espacio, los dispositivos fueron bombardeados con protones generados en la Instalación Nuclear de Dalton Cumbrian en el Reino Unido. La cantidad de daño por radiación. Se realizó un segundo conjunto de pruebas utilizando el simulador solar incorporado para determinar qué tan bien los dispositivos convierten la luz solar en energía después de ser bombardeados con protones.
«Nuestra célula solar ultrafina supera a los dispositivos estudiados previamente y más gruesos para la radiación de protones por encima de un cierto umbral –señala el autor Armin Barthel–. Las geometrías ultrafinas proporcionan un rendimiento adecuado en dos órdenes de magnitud en relación con las observaciones anteriores».
El rendimiento mejorado de estas celdas ultradelgadas, dijeron los autores, se debe a que los portadores de carga viven lo suficiente como para moverse entre terminales en el dispositivo.
En comparación con las celdas más gruesas, se requiere aproximadamente 3,5 veces menos cubierta de vidrio para que las celdas ultradelgadas proporcionen la misma cantidad de energía después de 20 años de funcionamiento. Esto se traducirá en una carga más ligera y una reducción significativa en los costos de lanzamiento.
Fuente de la historia:
Materiales Introducción de Instituto Americano de Física. Nota: El contenido puede modificarse según el estilo y la extensión.
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