مقاومت در مقابل تشعشع های فضایی با سلول های خورشیدی به اندازه یک هزارم موی انسان
به گزارش تعمیرکار، دانشمندان موفق به ابداع سلول های خورشیدی به اندازه یک هزارم موی انسان شده اند که می توانند در مقابل تشعشعات فضایی به خوبی مقاومت کنند.
به گزارش تعمیرکار به نقل از ایسنا و به نقل از آی ای، مدار نزدیک زمین درحال پر شدن است، به این مفهوم که برای رفتن ماهواره ها به مدارهای بالاتر، طراحی سلول های مقاوم در مقابل تشعشع های فضایی مورد نیاز است.
حالا دانشمندان طرح یک سلول فتوولتائیک مقاوم در مقابل تشعشع را توسعه داده اند که دارای یک لایه فوق نازک از مواد جاذب نور است.
بر مبنای مطالعه جدیدی که روز گذشته در مجله Applied Physics انتشار یافته است، این دستگاه ها دارای سلول هایی با ضخامت یک هزارم موی انسان هستند.
سلول های خورشیدی فوق نازک به صورت قابل توجهی نه تنها از سلول های خورشیدی ضخیم تر در تاب آوری در مقابل تابش و تشعشع پیشی می گیرند، بلکه آنها همینطور بعد از ۲۰ سال استفاده، همان مقدار انرژی را از نور خورشید تبدیل می کنند که در اوایل عمر خود قادر به انجام آن هستند.
علاوه بر این، سلول های فتوولتائیک جدید می توانند بار را کاهش دهند و هزینه های راه اندازی و نگهداری را به صورت قابل توجهی کاهش دهند.
همین طور که ماهواره های بیشتری به مدار میانی زمین می روند، در معرض تشعشع های فضایی شدیدتری قرار خواهند گرفت.
با ازدحام ماهواره ها در مدار نزدیک زمین، استفاده از ماهواره ها در مدارهای میانی زمین مانند مدار مولنیا(Molniya)، ضروری تر و حیاتی تر می شود. با این وجود، نوار تابش پروتون در اطراف زمین در این مدار وجود دارد، به این مفهوم که طرح های سلولی مقاوم در مقابل تشعشع برای این مدارهای بالاتر مورد نیاز است.
مطالعه سیاره ها و قمرهای دوردست هم به سلول های مقاوم در مقابل تشعشع نیاز دارد. بعنوان مثال، قمر اروپا که یکی از قمرهای سیاره مشتری است، یکی از خشن ترین محیط های تشعشعی منظومه شمسی را در اختیار دارد. بنابراین، تجهیزات مقاوم در مقابل تشعشعات برای فرود یک فضاپیما که از انرژی خورشیدی بهره می برد، در این قمر ضروری خواهد بود.
ضخامت سطح هر سلول تقریبا یک هزارم موی انسان است
پژوهشگران از گالیم آرسنید(gallium arsenide) نیمه هادی برای ساخت دو نوع دستگاه فتوولتائیک استفاده کردند. یکی از آنها طرح روی تراشه بود که با چیدن مواد مختلف (یکی روی دیگری) به وجود آمد. این سلول ها شامل یک لایه فوق نازک از گاز جذب کننده نور بود که برای تحمل تابش و تشعشع آنها کلیدی است.
به قول پژوهشگران، سطح هر سلول تنها ۱۲۰ نانومتر یا تقریبا یک هزارم ضخامت موی انسان است. این طرح همینطور شامل این بود که این سلول ها توسط فلزات رسانای الکتریکی محصور شده بودند.
روش جایگزین هم از آینه ی پشت نقره ای برای بهبود جذب نور استفاده می کرد.
آزمایش سلول های جدید با پروتون های تاسیسات هسته ای دالتون کامبرین
این دستگاه ها با پروتون های ساخته شده در تاسیسات هسته ای دالتون کامبرین(Dalton Cumbrian) در بریتانیا برای شبیه سازی اثرات تشعشع در فضا مورد آزمایش قرار گرفتند.
کاتدولومینسانس(Cathodoluminescence) روشی است که می تواند میزان صدمه تشعشع را تخمین بزند و در این آزمایش برای مقایسه عملکرد دستگاههای فتوولتائیک قبل و پس از قرار گرفتن در معرض تشعشع مورد استفاده قرار گرفت.
علاوه بر این، کارایی این دستگاه ها برای تبدیل نور خورشید به انرژی بعد از برخورد توسط پروتون ها توسط مجموعه دومی از آزمایش ها با استفاده از یک شبیه ساز خورشیدی فشرده آزمایش شد.
عملکرد مطلوب
آرمین بارتل(Armin Barthel) نویسنده مسئول این پژوهش اظهار داشت: سلول خورشیدی فوق نازک ما نسبت به دستگاههای قبلا مطالعه شده و ضخیم تر در تشعشع پروتون بالاتر از یک آستانه خاص عمل می کند. هندسه های فوق نازک عملکرد مطلوبی را نسبت به مشاهدات قبلی با دو مرتبه بزرگی عرضه می دهند.
دانشمندان استدلال می کنند که این سلول های بسیار نازک از سلول های معمولی بهتر عمل می کنند، چونکه حامل های بار می توانند به اندازه کافی زنده بمانند تا در پایانه های دستگاه جریان داشته باشند.
نازک تر بودن چگونه عمر فتوولتائیک را افزایش می دهد؟
اغلب ماهواره های موجود در مدار زمین از سلول های فتوولتائیک استفاده می نمایند. هنگامی که نور به سلول های خورشیدی برخورد می کند، انرژی آن به الکترون های دارای بار منفی مواد منتقل می شود. این حامل های بار از جای خود خارج می شوند و جریان برق را روی فتوولتائیک ایجاد می کنند.
با این وجود، تابش فضایی به سلول های خورشیدی صدمه می رساند و با جابجایی اتم ها در ماده و کاهش طول عمر حامل های بار، کارایی و بهره وری را می کاهد. از آنجائیکه فتوولتائیک های نازک تر به این مفهوم هستند که این حامل های بار در طول عمر خود مسافت کمتری برای پیمودن دارند، ازاین رو باعث طول عمر طولانی تر آنها می شوند.
نتایج این پژوهش نشان داده است که این دستگاههای جدید یک نکته مهم را نشان می دهند. پژوهشگران دریافتند که این سلول های جدید که تقریبا ۳.۵ برابر شیشه های پوششی کمتری داشتند، بعد از ۲۰ سال کارکرد به اندازه سلول هایی با دیواره های ضخیم تر قدرت عرضه می دهند.
با این وجود، مانند تمام پیشرفت های جدید فناوری، این که آیا این سلول های جدید قابل تولید در مقیاس بزرگ خواهند بود یا خیر، باید سنجیده شود.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب