宇宙で活躍する太陽電池
過酷な環境下でのミッションに対応する発電
宇宙は、人類が探査した中で最も過酷な環境の一つです。極端な温度・高レベルの電磁波や粒子線は、あらゆる宇宙船にとっての基本課題となっています。さらに、太陽電池は、ミッション期間中はずっと発電し続けなければならないので、この課題はさらに深刻です。これらの電池には、電池とその構成部品を保護し、光透過率を高くして効率を上げられる、強力なカバーガラスが必要となります。
宇宙空間で保護を提供
1957年10月4日、ソ連の人工衛星スプートニク1号が打ち上げられ、宇宙旅行時代の大きな一歩が踏み出されました。しかし、初の人工地球衛星のミッションは短いものでした。当時、人工衛星の動力には電池が使われていました。この電池は21日間しかもたず、スプートニク1号は92日間の軌道周回の後、大気圏で燃え尽きました。
そしてこのときから、宇宙での技術的な優劣を競う競争が始まりました。その後まもなく、人工衛星には電池のほかに太陽電池が搭載されるようになりました。太陽電池を内蔵する目的は、軌道上で太陽光から得た電力で、衛星にミッション期間中の電力を供給することでした。この追加により、電池の質量は著しく削減され、ミッションの持続時間を大幅に延ばすことができるようになりました。2021年末までに地球を周回する約4,900機の現役人工衛星のうちのほぼすべてが、電力の安定供給を太陽電池に依存しています。
また、宇宙で活躍する人工衛星の課題として、消耗が挙げられます。宇宙は厳しい環境であり、極端な低温・高温、大きな温度変化に見舞われます。 さらに、このミッションは、真空における圧力、太陽光や太陽系外の星からの多量の電磁波および帯電粒子放射線に直面します。 これらは、材料にとって非常に大きなストレスとなります。
宇宙という厳しい環境条件に耐えるためには、材料の適切な保護が必要です。人工衛星に搭載される太陽電池は、その機能を維持するために、太陽電池をガラスで覆って長期的に保護する必要があります。
宇宙用太陽光発電に最適な素材・ガラス
太陽電池は、ゲルマニウムやシリコンなどの半導体に、ヒ素、ホウ素、ガリウム、リンなどの元素を少量ずつ層状に導入してできています。このように半導体を汚染することをドーピングといい、簡単に説明すると、これは電子の過不足がある層を重ね合わせることを意味します。電磁波、その中でも特に可視光や近赤外線を照射すると、層間の電子移動が促進され、電流が流れます。太陽電池に光が当たっている限り、このプロセスは続きます。太陽は、太陽系の中心であると同時に、絶え間なく降り注ぐ放射線の発生源なので、太陽電池の助けを借りれば発電の中心的な役割を果たします。ただ、太陽や太陽系の外部の星は、有用な放射線と有害な放射線の両方を放射しています。特に、荷電粒子の高エネルギー放射や短波長の紫外線は、太陽電池に大きなダメージを与え、半導体のドープ層を破壊してしまいます。太陽電池は十分に保護されないと、すぐに機能を失ってしまいます。
このダメージを軽減、あるいは回避するために、solar cell coverガラスは次の2つの重要な特性を備えています。それは、高い透過率を確保することと、放射線から保護することです。このカバーガラスはフィルターのような役割を果たし、可視・近赤外域の有用な放射線に対しては高い透過性を持ち、有害な放射線に対しては強度を下げ、あるいは完全に吸収して、それ自身はダメージを受けないようになっています。これらは、SCHOTTのsolar cell coverガラスが提供する伝送および保護の特性です。
宇宙空間でのガラスの利点
宇宙空間では、人工衛星は常にさまざまな種類の放射線から攻撃を受けています。紫外線や高エネルギー粒子放射線といった電磁放射線は、ソラリゼーションや静電気の帯電による材料劣化につながる恐れがあります。SCHOTT® ソーラーガラスは、この放射線を遮断することで、電池とその繊細な部品を保護します。
有害な紫外線や粒子線からの保護
カバーガラス付き太陽電池
カバーガラスなしの太陽電池
太陽電池効率の向上
SCHOTT®ソーラーガラスは、その高い光透過率によって多くの光を太陽電池に到達させ、宇宙船により多くの電力を供給することを可能にします。UV-A〜NIRの範囲で90%以上の透過率を持つSCHOTT® ソーラーガラスは、太陽光のスペクトルに理想的に適合し、エネルギーの損失を最小限に抑えながら太陽電池に到達する光の量を最大化します。
超薄型・高い費用対効果
宇宙探査はコストのかかる事業なので、燃料費を削減できるものは人工衛星事業者に歓迎されます。SCHOTT® ソーラーガラス球は、30μmの厚さまで対応可能で、軽量でありながらも高い強度と保護性能を備えています。
使用されたガラス管
SCHOTTのsolar cell coverガラス製品のラインナップをご覧いただき、お客様の課題に合った製品をお選びください。
