Wie sind die Silizium-PV-Zellen in den Solarmodulen der ISS aufgebaut? Sind sie so flexibel, wie sie hier erscheinen?

Mein Verständnis ist, dass die Solarmodule der ISS aus Silizium bestehen und doppelseitig sind, um das Bang-for-the-Pfund (durchschnittliche Leistung pro Kilogramm, das in die Umlaufbahn transportiert wird) zu maximieren. Siehe Sind die Solaranlagen des US-Segments der ISS doppelseitig? und das Bild dort, und Warum verwendet die ISS nicht die effizientesten Sonnenkollektoren, die es gibt? und zugehörige Bilder und Antworten.

Aber ich verstehe das Aussehen dieses Panels auf dem Foto unten nicht. Ich gehe davon aus, dass das dunkle Material Silizium ist, aber es gibt viele silberne / graue Punkte und für alle vier davon gibt es einen größeren roten Zwischenraumpunkt. Und das Ganze sieht flexibel aus, als wäre es eher ein Film als ein Kristall.

Wie sind diese Geräte aufgebaut? Sind sie aus amorphen, flexiblen Siliziumfilmen oder vielen kleinen, dünnen Siliziumkristallen auf einer Art flexibler Matrix hergestellt? Wie erreicht das Sonnenlicht beide Seiten - passiert es auf einer Seite eine Rückseite?

unten: Ausschnitt und Originalbild "Scott Kelly repariert eine Kühlpumpe während eines Weltraumspaziergangs." von Gizomodos Astronaut Scott Kelly über Liquid Salt, a Stinky Station und Sleeping in Freefall . Bildnachweis: NASA/Kjell Lindgren

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Die Zellen selbst sind nicht flexibel – tatsächlich sind sie ziemlich dünn und empfindlich (ich sollte wissen, ich habe selbst einige von ihnen gebrochen).

Die Flexibilität, die Sie sehen, ergibt sich aus der Tatsache, dass die Zellen einzeln geschweißt und auf eine sehr dünne, flexible Decke aus Kapton, Silikon und Glasfaser geklebt werden.

Ich kann kein öffentliches Datenblatt für die Solarzellen finden (wenn ich eines finde, werde ich den Beitrag bearbeiten), aber ich kann mein Bestes tun, um zu beschreiben, was Sie sehen, mit Hilfe dieses Bildes, das ich online gefunden habe ( neu gehostet von http://pages.erau.edu/~ericksol/courses/sp300/images/iss_cells.jpg ).

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das eingefügte Bild unten rechts ist eine Nahaufnahme der Rückseite einer einzelnen Zelle, gesehen durch das Blanket-Substrat.

Wie Sie sehen können, handelt es sich bei den vier Punkten um "Wrapthrough"-Verbindungen, die das Kollektorgitter von der Vorderseite nehmen und es zu einem Satz von Kontakten auf der Rückseite führen. Die ISS-Solarzellen sind insofern etwas unkonventionell, als dass sich die Verbindungskontakte nicht an gegenüberliegenden Kanten der Zellen befinden, sondern alle Kontakte auf der Rückseite der Zelle. Diese Punkte sind eigentlich versilberte Löcher in der Siliziumzelle, ähnlich wie eine Durchkontaktierung in einer Leiterplatte. Diese Löcher werden durch das Deckglas abgedeckt, eine dünne Glasscheibe mit UV-blockierender und antireflektierender Beschichtung, die die exponierte Seite der Zelle schützt.

Die interstitiellen roten Punkte, die Sie sehen, sind eigentlich das Deckenmaterial hinter den Zellen. Die Zellen haben die Form von Quadraten mit abgeschnittenen Ecken, sodass die Punkte tatsächlich dort sind, wo die fehlenden Ecken von vier benachbarten Zellen zusammenkommen. Sie können dies etwas auf dem Bild sehen, obwohl die Ränder der Zelle durch die Kupferspuren auf dem Blanket-Layup verdeckt sind.

Sonnenlicht (wenn die Rückseite der Decke der Sonne zugewandt ist – ansonsten Erd-Albedo-Licht) erreicht die Rückseite der Zelle aufgrund der Tatsache, dass das Material der Decke weitgehend transparent ist, was im Bild deutlich zu erkennen ist. Die orange Farbe ist auf das Kapton auf der Decke zurückzuführen. Die Rückseite einer ISS-Solarzelle ist eigentlich grün.

Nebenbei bemerkt, die Zahlen, die Sie auf der Zelle gedruckt sehen, sind die Chargennummer (oben) und die Sortennummer (unten). Die abgebildete Zelle befindet sich auf einem technischen Testartikel (daher die zusätzliche Verkabelung für scheinbar Thermoelemente) und ist kein flugtauglicher Artikel, aber das physische Erscheinungsbild ist identisch.

Ich bin in Ehrfurcht! OK, ich sehe, dass im Einschub die Rückseite eines Wafers (für mich sieht es eher aus wie ein runder Wafer mit vier großen "Flats") mit der Vorderseite des nächsten rechts davon verbunden ist. Die Löcher (Durchkontaktierungen oder Umwicklungen) könnten auf einer Waferbasis chemisch geätzt werden, oder die Kugel könnte vor dem Schneiden gebohrt worden sein. Ich habe keine Ahnung, wie die Löcher elektrisch passiviert wurden, damit sie nicht kurzschließen, aber Diffusionsingenieure haben alle möglichen Tricks. Die Details der Elektrodenmuster in der Nähe der Löcher zeigen, dass sie das Muster gezeichnet haben, um so viel wie möglich zu sammeln. Schöne Technik!
...und in der Ansicht im Einschub gilt die Rückseite als "Vorderseite".
@uhoh Vor allem aufgrund des Designs der Kollektor- und Kontaktanordnung sind die Zellen äußerst robust gegenüber physischen Beschädigungen. Ich habe ein Loch mit einem Durchmesser von fast einem halben Zoll durch eines geschossen und es hat immer noch eine überraschende Menge an Kraft erzeugt, trotz des Lochs und all der Risse.
Es gibt auch flexible Zellen, aber sie sind nur für den Einsatz auf der Erde gemacht. Sie können auf unebenen Oberflächen verwendet werden, beispielsweise auf dem Deck eines Segelboots. Natürlich dürfen sie nur in eine Richtung gebogen werden. Die verwendeten Materialien würden der Meeresumwelt standhalten, nicht aber dem Einsatz im Weltall.
@Uwe Sie sind auch schrecklich ineffizient, als ich das letzte Mal nachgesehen habe.

Es hat viel gesucht, aber das Modell ist Spectrolab K6700B Wrapthru https://solarmuseum.org/cells/k6700b-wrapthru/ Ich habe zusätzliche Fotos auf meiner Website. Leider habe ich nur eine Teilzelle, aber es zeigt, wie dünn / zerbrechlich sie sind, wie Sie vermutet haben.

Einer der Gründe, warum sie damals Standard-Silizium-Solarzellen verwendeten, ist, dass sie am intensivsten daran geforscht haben, sie für den Weltraum sicher zu machen, da die kosmische Strahlung die meisten Solarzellen ohne den richtigen Schutz und das richtige Design ziemlich schnell abbauen wird.

Ich konnte ein Dokument der NASA finden, das viel mehr Informationen über die Panels enthält. Jetzt muss ich nur noch so etwas für die Paneele des Hubble-Weltraumteleskops finden. https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20050239010.pdf

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Willkommen im Weltraum! Gute Antwort!
Sehr interessant, danke! Falls Sie interessiert sind, habe ich eine weitere Frage zu ISS-Solarmodulen, die eine spezifischere Antwort gebrauchen könnte: Wie werden die Ausrichtungen der acht unabhängigen Solarfelder der ISS optimiert?
Ausgezeichneter Fund! Interessante Tatsache: Das Kollektorgitter auf der Vorderseite dieser schrecklich missbrauchten Zelle deutet darauf hin, dass es sich um ein älteres Modell des K6700B handelt. Neuere Modelle hatten statt sechs nur drei Ringe um jeden Kontakt.
Ich habe den Beitrag mit beiden Versionen der Zelle aktualisiert. Tristan, weißt du, wofür die Zahlenfelder waren?
@karl_duluth Ich habe es in meiner obigen Antwort erwähnt, aber die 2197 in dem einen Bild, das Sie gepostet haben, ist die Herstellungslosnummer. Der andere Punkt hätte eine Notenbewertung, die von 1 bis (glaube ich) 15 reicht und darstellt, wie viel Leistung die fertige Zelle gemessen wurde.
Wie sind die Silizium-PV-Zellen in den Solarmodulen der ISS aufgebaut? Sind sie so flexibel, wie sie hier erscheinen?
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