Phát minh pin mặt trời kiểu mới của Đại học Cambridge

Đại học Cambridge đã phát minh ra loại pin mặt trời kiểu mới có lớp gali arsenua siêu mỏng, được kỳ vọng sẽ cung cấp năng lượng duy trì lâu dài hơn cho các vệ tinh trong không gian.

Do khả năng chống bức xạ của loại pin mặt trời mới giúp chúng có tuổi thọ cao hơn, có thể giảm chi phí hư hỏng và bảo trì pin, đồng thời giảm chi phí phóng vệ tinh.

Báo cáo nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí Vật lý ứng dụng của Viện Vật lý Mỹ (AIP) ngày 8/11.

Vì bức xạ và tác động của hạt năng lượng cao trong không gian mạnh hơn nhiều trên bề mặt trái đất, môi trường không gian cũng khắc nghiệt hơn dẫn đến pin mặt trời trong không gian dễ bị hư hỏng hoặc giảm hiệu suất phát điện (do thời gian dài chịu bức xạ mạnh và tác động của chùm hạt năng lượng cao trong không gian khiến suy giảm chức năng).

Để cải thiện khả năng chịu bức xạ của vật liệu bên trong pin mặt trời, các nhà nghiên cứu tập trung sử dụng lớp hấp thụ siêu mỏng, vì cách cải thiện khả năng chịu bức xạ là giảm độ dày của thiết bị và giảm hạt mang điện (như electron và ion).

Sau khi sàng lọc và thử nghiệm nhiều hợp chất kim loại và độ dày của kim loại, nghiên cứu đã chon được loại gali arsenua (GaAs) chỉ dày 80 nanomet (nm) được trộn với một lượng nhỏ silicon để làm lớp hấp thụ chất bán dẫn của pin mặt trời. Lý do là quá trình thử nghiệm cho thấy dòng điện và điện áp được tạo ra bởi lớp hấp thụ có độ dày 80 nanomet được cho là ổn định hơn, trong khi đó gali arsenua cũng là vật liệu chống bức xạ tuyệt vời hơn.

Các nhà nghiên cứu đã chế tạo thiết bị pin mặt trời bằng cách sử dụng chất bán dẫn gali arsenua, tạo thiết bị trên và ngoài tấm dĩa bán dẫn (water) bằng cách xếp chồng những loại chất thành từng lớp, sau đó kết hợp với gương phẳng bằng bạc phía sau để tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng.

Để mô phỏng tác động của bức xạ không gian, họ đã sử dụng thiết lập tia âm cực bắn phá proton có động năng là 3 MeV. Công nghệ này có thể đo lượng bức xạ gây hại cho thiết bị, nghiên cứu những thay đổi trong pin mặt trời sau khi bị bắn phá bằng chùm proton xem hiện tượng như thế nào.

Ngoài ra, các nhà khoa học đã thử nghiệm bằng cách sử dụng thiết bị mô phỏng năng lượng mặt trời để xác định khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng của chúng sau khi bị bắn phá bằng proton. Kết quả cho thấy pin mặt trời mới với lớp gali arsenua siêu mỏng không chỉ vượt qua bài kiểm tra bức xạ mà còn kéo dài tuổi thọ của pin và mang lại hiệu suất chuyển đổi điện năng cao hơn.

Armin Barthel, một trong những tác giả của nghiên cứu đã nói với Viện Vật lý Mỹ vào tháng 11 rằng pin năng lượng mặt trời siêu mỏng này hoạt động tốt hơn các thiết bị dày hơn trước đây…, vì thời gian tồn tại của phần tử tải điện đủ dài để phân bổ hiệu quả hơn trong thiết bị. Ông cũng cho biết trong loại pin có cùng số công suất, độ dày của lớp bao phủ (bên ngoài pin mặt trời) của pin siêu mỏng này sau 20 năm hoạt động giảm đi ít hơn gần 3,5 lần so với tấm pin mặt trời dày trước đó, điều này là mang ý nghĩa tuyệt vời trong giảm tải tên lửa phóng vệ tinh và giảm chi phí phóng.

Theo The Epoch Times,

Ngô Xương