Organiske solceller, der holder 10 år i rummet

Forskere fra Skoltech Center for Energividenskab og Teknologi, Instituttet for problemer med kemisk fysik i RAS, og Kemisk Institut i MSU har præsenteret solceller baseret på konjugerede polymerer og fullerenderivater, der demonstrerer rekordhøj strålingsstabilitet og modstår gammastråling på> 6, 000 Gy, vækker håb om deres stabile drift i kredsløb nær jorden over 10 år eller endnu længere. Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i ACS anvendte materialer og grænseflader .

Da Sovjetunionen lancerede den første satellit nogensinde for omkring 60 år siden, dets radiosignal transmitteret ved tre frekvenser kunne fanges hvor som helst på Jorden. Imidlertid, tre uger senere blev senderen tavs, at have forbrugt al den strøm, som de indbyggede batterier leverede, hvilket udgjorde en større del af satellittens vægt. En lektie blev lært fra den første lancering, og alle satellitter, der fulgte, bar solceller, der omdanner lysets energi til elektricitet for at drive de elektroniske systemer ombord. Siliciumsolceller og fotoelektriske omformere baseret på grundstofferne fra gruppe 3 og 5 i det periodiske system (A3B5) er de mest almindelige varianter på trods af deres mange ulemper, inklusive tung vægt og, derfor, et lavt energi-til-vægt-forhold. For at toppe det, de er skrøbelige og let påvirkes af ioniserende stråling:i modsætning til højenergipartikelstrømme, der kan afværges ved indkapsling, gammastråler har høj gennemtrængende evne og er sværere at håndtere. Dannelsen og akkumuleringen af ​​strålingsinducerede defekter i en krystalstruktur af konventionelle uorganiske halvledere forårsager alvorlig nedbrydning af deres elektroniske egenskaber og hurtig nedbrydning af solcellernes effektivitet.

I løbet af de sidste to årtier, organiske solceller har fået stor opmærksomhed takket være deres lette vægt, fleksibilitet og hidtil usete energi-til-vægt-forhold på 10 til 20 W/g, hvilket gør dem til en lovende kandidat til rumapplikationer, selvom deres strålingsstabilitet stadig er dårligt forstået.

tidligere, en gruppe forskere ledet af Skoltech-professor Pavel Troshin studerede strålingsstabiliteten af ​​perovskit-solceller og viste, at den nuværende generation af komplekse blyhalogenider er for følsomme over for gammastråler til at blive brugt i rummet. Forskerne var langt mere optimistiske med hensyn til organiske solceller, som udviste fremragende strålingsstabilitet i deres nylige undersøgelse.

"De carbazol-holdige konjugerede polymerer, der er udvalgt til undersøgelsen, sikrer en lang driftslevetid og ret høj lyskonverteringseffektivitet for solceller under standard terrestriske forhold, som vi demonstrerede tilbage i 2015. I dette papir, vi undersøger opførselen af ​​to model fulleren-polymer systemer udsat for gammastråler. Et af de to systemer viste rekordhøj strålingsstabilitet, hvor solcellerne bevarer over 80 % af deres oprindelige effektivitet efter eksponering for 6, 500 Gy gammastråler, en dosis, som satellitter i kredsløb omkring Jorden skønnes at modtage i løbet af 10 år eller længere. Dette er blot en af ​​vores første resultater inden for dette forskningsprojekt, og vi vil forfølge udviklingen af ​​endnu mere stabile og effektive organiske solceller til rumapplikationer, " siger avisens første forfatter, Ilya Martynov.

Den høje strålingsstabilitet afsløret af organiske solceller baseret på carbazolholdige konjugerede polymerer er tegn på deres omfattende rumpotentiale, med deres lette vægt, fleksibilitet og et højt energi- / vægtforhold, der muliggør en betydelig reduktion i ballastvægten og en stigning i nyttelasten.

"Indsættelse af rumsolsejl lavet af fleksible plastiksolceller repræsenterer en lokkende mulighed for at øge effekten af ​​fotoelektriske omformere på satellitterne, " siger prof. Troshin.