Гнучкі органічні сонячні елементи, стійкі до радіації, для космосу

Органічні сонячні панелі можуть перевершити традиційні кремнієві в космосі

Останнє дослідження Університету Мічигану свідчить про те, що органічні сонячні панелі на основі вуглецю можуть перевершити традиційні кремнієві та арсенід-галієві панелі за ефективністю та довговічністю для застосувань у космосі. Переважно, увагу приділяли тому, як радіація впливає на ефективність перетворення енергії органічними сонячними елементами. Проте нове дослідження зосередилося на молекулярних змінах, які знижують продуктивність.

“Кремнієві напівпровідники нестабільні в космосі через протонне опромінення від сонця,” пояснив Yongxi Li, перший автор дослідження, який раніше був науковим співробітником в У-М. “Ми тестували органічні фотогальванічні елементи з протонами, оскільки вони вважаються найшкідливішими частинками в космічних умовах для електронних матеріалів.”

Незважаючи на те, що арсенід-галієвий обирається за свою ефективність та стійкість до протонного ушкодження, вага, нееластичність та висока вартість створюють проблеми. Органічні сонячні панелі, навпаки, легкі, гнучкі та потенційно більш доступні. Це дослідження є частиною тривалих зусиль щодо оцінки надійності органічних матеріалів для критично важливих космічних місій.

Органічні сонячні панелі, створені з малих молекул, показали сильну стійкість до протонного опромінення, не продемонструвавши зниження продуктивності після змодельованого впливу протягом трьох років у космосі. Навпаки, панелі з полімерних матеріалів втратили половину своєї ефективності за той же період.

“Ми виявили, що протони руйнують деякі бічні ланцюги, створюючи електронні пастки, що знижують продуктивність сонячних панелей,” сказав Stephen Forrest, провідний автор з У-М. Ці пастки захоплюють електрони, згенеровані світлом, зменшуючи потік електрики до електродів.

Forrest зазначив, що нагрівання сонячних панелей, процес, відомий як термообробка, може відновити пошкодження, відновивши порушені молекулярні зв’язки. “Можна виправити це за допомогою термообробки, або нагрівання сонячної панелі. Ми можемо знайти способи заповнити пастки іншими атомами, усунувши цю проблему,” додав він.

Дослідження показує, що сонячні панелі, піддані впливу сонячного світла у космосі, можуть самостійно відновитися при температурах близько 100°C. Однак, питання щодо ефективності цього процесу відновлення у вакуумі та його надійності для тривалих місій залишаються відкритими. Команда також досліджує можливість створення матеріалів, які запобігатимуть утворенню електронних пасток.

Li, який зараз є доцентом Нанкінського університету в Китаї, планує продовжити дослідження в цьому напрямку