Amerykańscy naukowcy, rozwijając swoje ogniwa fotowoltaiczne, znaleźli dla nich kolejne zastosowanie – wojskowe satelity kosmiczne. Konsorcjum złożone z AFRL Materials and Manufacturing and Space Vehicles Directorates, grupy Space Industrial Base Working oraz SolAero Technologies opracowało nowatorskie ogniwo wielozłączowe o podwyższonej wydajności i zmniejszonej masie.

„Są to najbardziej zaawansowane, wydajne i najtańsze ogniwa dedykowane do pracy w przestrzeni kosmicznej”, mówi Kerry Bennington z AFRL. – „Dostarczają one o 15% więcej mocy niż obecnie najnowocześniejsze ogniwa o tej samej wielkości. Dzięki temu można uzyskać więcej mocy, wykorzystując mniej ogniw, co pozwala zredukować masę, jaką trzeba wynieść na orbitę”.

Reklama

Obecnie coraz więcej aplikacji cywilnych i wojskowych opiera się o satelity: GPS, komunikacja, meteorologia itp. Satelity są coraz bardziej skomplikowane i zużywają większą moc, więc konieczne jest dołączanie do nich dodatkowych ogniw PV, co zwiększa ich masę i koszt wyniesienia. Możliwość redukcji masy jest zatem bardzo istotna.

Produkcja tego rodzaju ogniw jest problematyczna, gdyż pracować one muszą w dużo trudniejszych warunkach niż na ziemi – wysokie i niskie temperatury, wyższy poziom promieniowania itp., to codzienność na orbicie. Trudno jest skonstruować ogniwa, która dłuższy czas pracować będą mogły w takich warunkach.

Na ziemi korzysta się obecnie głównie z ogniw krzemowych, które charakteryzują się wydajnością na poziomie 20-25%. Są one bardzo czułe na promieniowanie kosmiczne i w takich warunkach szybko się degradują. Dlatego przemysł kosmiczny chętnie korzysta z ogniw wielozłączowych. Tego typu systemy wytwarza się z warstw różnych materiałów, co poszerza pasmo absorbowanego światła i zwiększa wydajność ogniwa. Produkuje się je zazwyczaj na podłożach germanowych, które są bardziej odporne na promieniowanie.

Mimo wyższej wydajności tego rodzaju ogniw, zwiększające się zapotrzebowanie energetyczne satelitów sprawia, że konieczne są coraz obszerniejsze systemy PV.

Aby sprostać temu problemowi, amerykańskie konsorcjum postanowiło udoskonalić obecne ogniwa wielozłączowe. Wykorzystana została do tego nowa architektura struktury półprzewodnikowej. Tak zwane odwrócone, metamorficzne ogniwa wielozłączowe (IMM) charakteryzują się wyższą wydajnością i mniejszą wagę, niż obecnie stosowane rozwiązania.

„Przyglądamy się tej technologii już od ponad dziesięciu lat i widzimy ogromną potrzebę jej udoskonalenia. Wyzwaniem jest stworzenie tanich ogniw IMM, które nadawałyby się do zastosowań kosmicznych”, mówił Bennington. (GaAs). Cały układ odwraca się i nanoszone są poszczególne warstwy. Potem podłoże, które jest finalnie na samej górze, usuwa się i ogniwo jest gotowe.

„Odkryliśmy, że hodowanie komórek fotowoltaicznych do góry nogami pozwala lepiej dostosować własności materiałów poszczególnych absorbujących warstw. Rezultatem jest ogniwo, które lepiej wykorzystuje dostępne światło słoneczne i ma wyższą wydajność konwersji”, opowiada Bennington i dodaje: „Dodatkowo, dzięki usunięciu substratu, na którym początkowo hodowane jest ogniwo, otrzymane struktury są bardzo lekkie i niezwykle elastyczne. Nowe ogniwa IMM charakteryzują się o 15% wyższą wydajnością niż poprzednia generacja ogniw wielozłączowych. Ich wydajność wynosi 32%”.

Obecnie nowe ogniwa przechodzą testy w amerykańskim Instytucie Aeronautyki i Astronautyki, by zdobyć certyfikat S-111. Przewiduje się, że jeszcze w tym roku będą one zakwalifikowane do montażu w satelitach. Obecnie dwie mikrosatelity, wyposażone w 56-milimetrowe ogniwa IMM, już znajdują się na orbicie w celach testowych.

„Projekt ten prezentuje jakie zalety posiada tak szeroka współpraca pomiędzy AFRL, siłami zbrojnymi i przemysłem kosmicznym. Wspólnie pracując, jesteśmy w stanie tworzyć lepsze technologie”, podsumowuje Bennington.

Źródlo: phys.org

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.