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(Noticias de Nanowerk) 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, afectar su rendimiento y limitar su vida útil.
en el Revista de Física Aplicada («Radiation Effects in Ultrathin GaAs Solar Cells»), los científicos de la Universidad de Cambridge propusieron un diseño de celda fotovoltaica tolerante a la radiación que presenta una capa ultrafina de material absorbente de luz.
Cuando las células solares absorben la luz, transfieren su energía a los electrones cargados negativamente del material. Estos portadores de carga se eliminan y generan un flujo de corriente a través de la fotovoltaica. La radiación en el espacio causa daños y reduce la eficiencia al desplazar átomos en el material de la celda solar y reducir la vida útil del portador de carga. Las energías fotovoltaicas más delgadas deberían aumentar su longevidad, ya que los portadores de carga no tienen que viajar tan lejos durante su vida útil más corta.
A medida que la órbita terrestre baja se llena cada vez más de satélites, se vuelve cada vez más necesario utilizar órbitas terrestres intermedias, como la órbita de Molniya, que pasa por el centro del cinturón de radiación de protones de la Tierra. Se necesitan diseños de celdas tolerantes a la radiación para estas órbitas más altas.
Otra aplicación de las células tolerantes a la radiación es el estudio de otros planetas y lunas. Por ejemplo, Europa, una luna de Júpiter, tiene uno de los entornos radiativos más severos del sistema solar. Aterrizar una nave espacial con energía solar en Europa requiere equipo tolerante a la radiación.
Los investigadores construyeron dos tipos de dispositivos fotovoltaicos utilizando el semiconductor arseniuro de galio. Uno era un diseño en chip construido mediante la superposición de múltiples sustancias en una pila. El otro diseño incluía un espejo retrovisor 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 Dalton Cumbrian del Reino Unido. Se examinó el rendimiento de los dispositivos fotovoltaicos antes y después de la exposición mediante una técnica conocida como catodoluminiscencia, que proporciona una medida de la cantidad de daño por radiación. Se llevó a cabo una segunda serie de pruebas utilizando un Simulador Solar Compacto para determinar qué tan bien los dispositivos convierten la luz solar en electricidad después de ser bombardeados con protones.
«Nuestra célula solar ultrafina supera a los dispositivos más gruesos estudiados previamente para la radiación de protones por encima de un cierto umbral. Las geometrías ultrafinas ofrecen un rendimiento dos órdenes de magnitud mejor en comparación con las observaciones anteriores», dijo el autor Armin Barthel.
Los autores dicen que el rendimiento mejorado de estas celdas ultradelgadas se debe a que los portadores de carga viven lo suficiente como para viajar entre terminales en el dispositivo.
En comparación con las celdas más gruesas, se requiere casi 3,5 veces menos cubreobjetos para que las celdas ultradelgadas brinden el mismo rendimiento después de 20 años de funcionamiento. Esto da como resultado un cargo más bajo y una reducción significativa en los costos iniciales.
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