I løbet af de senere år er der opstået en betydelig stigning i interessen for rumforskning i forskellige dele af samfundet, bl.a. indenfor videnskabs- og industriområdet. Den nuværende indsats for en ny generation af rumrejser peger mod Mars og Månen, som normalt betragtes som et strategisk sted at etablere en transitbase mellem Jorden og den røde planet. Men oprettelsen af månebaser kræver brug af banebrydende teknologier. Derfor er flere forskningscentre engagerede i at udvikle og forbedre den nødvendige rumteknologi.

SOLCELLER I DET YDRE RUM SOM ENERGIKILDE

I tilfældet med photovoltaiske celler (PV-celler) eller i daglig tale solceller, som jævnligt anses for at være den bedste energigenereringsløsning til rumrejser relativt tæt på Solen, ligger det største problem i det ekstreme miljø i det ydre rum, som kan nedbryde dem på kort tid. Især den strålingsinducerede nedbrydning af PV-celler på grund af kernepartikler er en meget vigtig udfordring, der skal løses.

I betragtning af de meget høje omkostninger ved at opsende eksperimenter til rummet, skal der skabes meget nøjagtige og hurtige modeller med resultater, der har fysisk betydning. Disse skal repræsentere ikke kun PV-cellernes opførsel, men også de faktiske rummiljøer for at kunne udføre passende tests på jorden.

I denne henseende er flere modeller blevet foreslået for at forstå PV-cellens ydeevnes afhængighed af forskellige variabler og arten af dens nedbrydning på grund af påvirkningen af kernepartikler under forskellige forhold. Ydermere er der foreslået forbedringer af cellerne ved termisk udglødning, belysningseksponering, en fremadrettet bias til genvinding, belægninger, nanostrukturer, Bragg-reflektorer, til hærdning osv. Desuden bruges softwarepakker som SRIM og SPENVIS i vid udstrækning til teoretisk at observere fordelingen af defekter på tværs af PV-cellerne skabt af partikelstrålingen.

Imidlertid er state-of-the-art inden for PV-celle modellering for det meste begrænset af matematiske tilnærmelser uden fysisk betydning eller numeriske tilgange med lange behandlingstider. På den anden side er den matematiske modellering af strålings effekterne på PV-cellerne for det meste semi-empirisk eller endda fuldt empirisk med kurvetilpasningsteknikker. I denne henseende præsenterer denne afhandling en omfattende gennemgang af forskellige PV-modeller og undersøgelser dedikeret til den strålingsinducerede nedbrydning og afskærmning af PV-cellerne med det formål at bane vejen for forbedrede fysiske modeller i fremtidige studier. Desuden introduceres og analyseres eksperimentelle resultater vedrørende karakterisering af 39 TJ III-V baserede PV-celler. Desuden foreslås en ny fysisk model med høj nøjagtighed i en bred vifte af temperaturer og solindstråling, der ligner forholdene i det ydre rum. Endelig foreslås en ny teknik til at identificere belysnings tilstanden ved Månens Sydpol ved at udnytte de topografiske data fra NASA’s LOLA-eksperiment. Endelig, ved at integrere alle foreslåede modeller, planlægges en konceptuel ramme for modellering af PV-cellernes adfærd i det ydre rummiljø for fremtidige værker.

Gennemgangsprocessen identificerede vigtige udfordringer, der skal løses for at PV-cellens levetid under rumforhold kan forlænges. Den foreslåede PV-cellemodel, som er baseret på fysiske love, viste en højere nøjagtighed i et meget bredere område af lysintensiteter og temperaturer sammenlignet med state-of-the-art approksimationerne. Desuden blev der observeret en højere nøjagtighed ikke kun i MPP, men også i hele spændingsområdet. Endelig gjorde beregningen af belysningsprofilerne over Månens Sydpol det muligt at finde det mest optimale arrangement af steder for et PV-baseret multi-mikrogrid system, samtidig med at det var muligt at teste forbedrede PV-modeller for virkelige forhold.