英國研究人員為太空應用開發(fā)新型碲化鎘光伏板

一個英國研究人員團隊正在研究用于太空陣列的輕質碲化鎘 (CdTe) 太陽能器件。其目標是開發(fā)效率為 20% 的超薄器件，為衛(wèi)星和天基制造應用提供輕便、緊湊、低成本的太陽能。

來自斯旺西大學和拉夫堡大學的一組研究人員正在研究用于空間陣列的輕質碲化鎘(CdTe)太陽能電池技術。其目標是開發(fā)效率為20%的超薄器件，為衛(wèi)星和太空制造應用提供輕便、緊湊的裝載、低成本的太陽能。

“我們的目標是AM0效率20% 和1.6 kW/kg的電池特定功率，”斯旺西大學太陽能研究中心、集成半導體材料中心(CISM)的Dan Lamb告訴 pv magazine，他指的是零空氣質量(AM0)，這是地球大氣層之外常用的標準光譜?！坝捎贑dTe固有的輻射穩(wěn)定性，這將是一項強大的太空光伏技術，可以延長任務壽命，”他說。

該集團的CdTe太陽能設計采用超薄、靈活的保護層，可用作基材和輻射防護?！盎贑dTe 的光伏層直接沉積在蓋板玻璃上，”Lamb 說，并指出這降低了傳統(tǒng)蓋板玻璃層壓的成本和重量。這種特種航天玻璃由位于英國的項目合作伙伴Teledyne Qioptiq提供。

據 pv magazine報道，斯旺西大學的新型 CdTe 技術在早期的一個項目中在近地軌道 (LEO) 中進行了數(shù)年的測試。它是2016年發(fā)射的 AlSat-3N 2016U CubeSat 衛(wèi)星上的有效載荷之一。

目前的項目規(guī)范旨在實現(xiàn)更高的效率和更大的規(guī)模，以及將硒整合到碲化鎘 (CdSeTe) 光伏中。此外，據 Lamb 稱，最近與拉夫堡大學合作的摻雜發(fā)射器項目將整合在一起，例如位于透明導電氧化物(TCO)和CdSeTe吸收層之間的高電阻率氧化鋅(ZnO)層，以及用于該器件的新型定制增透涂層。

新型CdTe太空太陽能電池旨在用于具有“較低積載體積”的陣列。占用更少的空間為 “新穎的部署方法和應用提供了可能性”。他們指出，這些功能還可能有助于降低發(fā)射成本，并有可能在太空中實現(xiàn)更長時間的部署。

其它目標包括使用低成本、大批量生產技術來支持對太空衛(wèi)星和任務的快速增長的需求。此外，還尋求更深入地了解材料和整個器件架構的輻射穩(wěn)定性?！芭c此同時，我們正在努力發(fā)展一種技術經濟學理解，即如何以 CdTe 為基礎的光伏器件具有競爭力地制造用于太空，以及它最適合哪些太空應用，”Lamb 說。

研究人員將 CdTe 電池作為一種更輕、更便宜、抗輻射能力強的替代技術，與多結太陽能電池相比，多結太陽能電池目前因其高效率而主導著太空市場，但“制造復雜且成本高，限制了可擴展性”。

這項為期三年的合作得到了英國研究與創(chuàng)新 (UKRI) 旗下工程與物理科學研究委員會 (EPSRC) 的支持，包括來自斯旺西 CISM 和拉夫堡可再生能源系統(tǒng)技術中心 (CREST) 的團隊，以及六個工業(yè)合作伙伴，包括加拿大的高純度材料供應商 5N Plus、CTF Solar在德國，與英國公司合作，包括制造技術中心、衛(wèi)星應用 Catapult、Teledyne Qioptiq 和金屬有機化學氣相沉積 (MOCVD) 工具供應商 Aixtron。