Когда солнечные элементы поглощают свет, они передают его энергию отрицательно заряженным электронам в материале. Эти носители заряда вырываются на свободу и генерируют поток электричества через фотоэлектрическую батарею. Облучение в космосе вызывает повреждения и снижает эффективность за счет смещения атомов в материале солнечного элемента и сокращения срока службы носителей заряда. Снижение толщины фотогальванических элементов должно увеличивать их долговечность, потому что носителям заряда нужно преодолевать меньшую дистанцию.

По мере того как  низкая околоземная орбита все больше загромождается спутниками, становится все более необходимым использовать средние околоземные орбиты, такие как орбита "Молния", которая проходит через центр протонного радиационного пояса Земли. Для этих более высоких орбит потребуются устойчивые к радиации конструкции ячеек.

Они также понадобятся для изучения других планет и лун. Например, Европа, спутник Юпитера, имеет одну из самых жестких радиационных сред в Солнечной системе. Для посадки космического корабля на солнечной энергии на Европу потребуются радиационно-устойчивые устройства.

Исследователи построили два типа фотоэлектрических устройств с использованием полупроводникового арсенида галлия. Одно из них — конструкция, построенная путем наслоения нескольких веществ в стек. Другая включала серебряное зеркало для улучшения поглощения света.

Чтобы имитировать эффекты радиации в космосе, устройства подвергли бомбардировке протонами, генерируемыми на ядерной установке Далтона в Великобритании. Рабочие характеристики фотоэлектрических устройств до и после облучения изучались с использованием метода, известного как катодолюминесценция, который дает возможность оценить радиационное поражение. Второй набор тестов с использованием компактного солнечного симулятора был проведен, чтобы определить, насколько хорошо устройства преобразовывают солнечный свет в энергию после бомбардировки протонами.

"Наш ультратонкий солнечный элемент превосходит ранее изученные более толстые устройства для протонного излучения выше определенного порога. Ультратонкая геометрия обеспечивает благоприятные характеристики на два порядка выше по сравнению с предыдущими наблюдениями", — говорит автор Армин Бартел.

Авторы исследования заявили, что улучшенная производительность этих ультратонких ячеек связана с тем, что носители заряда живут достаточно долго, чтобы перемещаться между терминалами в устройстве.

По сравнению с более толстыми элементами, для сверхтонких требуется почти в 3,5 раза меньше покровного стекла, чтобы обеспечить такое же количество энергии после 20 лет эксплуатации. Это приведет к уменьшению массы и значительному снижению затрат на запуск на орбиту.

Исследование опубликовано в Journal of Applied Physics.