宇宙環境におけるエネルギー機器の帯電・放電制御に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450113
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 匹田 政幸 九州工業大学, 工学部, 教授 (40156568)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 趙 孟佑 九州工業大学, 工学部, 助教授 (60243333) ; 萩森 英一 九州工業大学, 工学部, 教授 (20242290)
• Keywords: 宇宙環境 / 太陽電池 / 放電抑制 / 低地球軌道 / プラズマ環境

Research Abstract

低地球軌道プラズマ環境において太陽電池が200Vを越す高電圧で運用した場合、周辺の宇宙プラズマとの相互作用によりトリプルジャンクションに電界が集中し放電が起こる。そこで、我々は1kVを越えた高電圧でも長期間安定した運用が可能な高電圧太陽電池の開発を目指して、低地球軌道プラズマ環境を模擬出来るプラズマチャンバーを使って、様々な放電抑制フイルムをカバーガラスヘの帯電を防ぐバリヤーとして用いて太陽電池からフィルムまでの距離を短くすると放電の頻度は抑制できた。しかし、太陽電池の出力の低下を抑えるためにフィルムに穴をあけると、放電の頻度は抑制できても、放電の規模の抑制が小さくなることが分かった。また、放電の頻度は、フィルムにあける穴の大きさ、即ちプラズマに曝されるトリプルジャンクションの長さに依存していることも分かった。太陽電池で起こる放電は箇所によって起こりにくいということは結論づけられず、重要なのは空間に曝されるトリプルジャンクションの長さに大差がない限り、放電頻度に差が生じないことである。
今回用いたカバーガラス上部のみがITOコーティングされた太陽電池では放電を抑制することはできなかった。もし、インタコネクタとITOの接続が十分で同電位であるならばトリプルジャンクションにかかる電界は緩和され放電は起きないものと思われ、今後、再度検証する必要がある。また、インタコネクタ上部に放電プラズマの拡大を防ぐ導電性のワイヤ等を配置することでも放電の規模や頻度を抑制できることが明らかになった。しかし、太陽電池で起きる放電の規模はどの箇所で起きても同じであることも分かった。太陽電池で起こる放電により生じたエネルギー1発あたり6.31mJで累積でも数J程度であるなら、太陽電池の出力に殆ど影響は及ぼさない。