Pin mặt trời mới có lớp vật liệu hấp thụ ánh sáng siêu mỏng, chịu được bức xạ, có tiềm năng dùng cho vệ tinh và tàu vũ trụ.
Các nhà khoa học tại Đại học Cambridge (Anh) phát triển pin mặt trời chịu bức xạ với một lớp vật liệu hấp thụ ánh sáng siêu mỏng. Nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Applied Physics hôm 08/11.
Các tấm pin (hình vuông xanh lá cây) chứa một lớp GaAs hấp thụ ánh sáng siêu mỏng. (Ảnh: Armin Barthel)
Việc triển khai vệ tinh ở các quỹ đạo Trái đất tầm trung ngày càng trở nên quan trọng khi quỹ đạo thấp đang dần đông đúc và tắc nghẽn hơn. Tuy nhiên, dải bức xạ proton xung quanh Trái đất đòi hỏi pin mặt trời phải chịu được bức xạ. Ngoài ra, việc nghiên cứu các hành tinh và mặt trăng xa xôi cũng sẽ cần đến loại pin này.
Trong nghiên cứu mới, nhóm chuyên gia sử dụng chất bán dẫn gallium arsenide (GaAs) để chế tạo pin mặt trời. Pin bao gồm một lớp GaAs hấp thụ ánh sáng siêu mỏng, là chìa khóa cho khả năng chịu bức xạ. Theo nhóm nghiên cứu, bề mặt của mỗi tế bào pin chỉ dày 120 nanomet, tương đương 1/1.000 độ dày của sợi tóc người.
Khi thử nghiệm, để mô phỏng tác động của bức xạ trong không gian, nhóm chuyên gia sử dụng các proton được tạo ra tại Cơ sở Hạt nhân Dalton Cumbrian (Anh) để tấn công loại pin mới. Hiệu suất của pin trước và sau khi chiếu xạ được nghiên cứu bằng kỹ thuật cathodoluminescence. Trong loạt thử nghiệm thứ hai, các chuyên gia sử dụng Bộ mô phỏng Mặt Trời Thu gọn để xác định xem pin chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện hiệu quả như thế nào sau khi bị proton tấn công.
"Pin mặt trời siêu mỏng của chúng tôi hoạt động tốt hơn các thiết bị dày được nghiên cứu trước đây với bức xạ proton ở một ngưỡng nhất định", tác giả nghiên cứu Armin Barthel, tiến sĩ tại Đại học Cambridge, cho biết. Hiệu suất của pin siêu mỏng tăng lên do các hạt mang điện tồn tại đủ lâu để di chuyển giữa các điểm đầu và cuối trong thiết bị.
So với các tấm pin dày, pin siêu mỏng chỉ cần lượng kính che phủ ít hơn gần 3,5 lần để sản xuất cùng một lượng điện sau 20 năm hoạt động. Điều này sẽ giúp vệ tinh trở nên nhẹ hơn và giảm đáng kể chi phí phóng.