Новые солнечные панели могут исцелять себя от повреждений в космосе

Недавно разработанные солнечные панели могут самовосстанавливаться и восстанавливаться при повреждении космической радиацией. Это открытие обещает сделать источники питания для спутников и космических аппаратов более отказоустойчивыми и надежными в будущем.

Перовскитные солнечные элементы (PSC) ранее продемонстрировали большой потенциал для использования в космосе: они легкие и относительно доступные в изготовлении, они преобразуют солнечное излучение в электричество с высоким уровнем эффективности.

Однако они также должны выдерживать мощный поток протонных частиц в космосе. Исследователи из Сиднейского университета и Центра ускорительных исследований в Австралии считают, что нашли решение.

Прототип солнечных батарей, разработанный исследователями. (Университет Сиднея)

«Космическое оборудование будет подвергаться воздействию протонного излучения на этих орбитах», — пишут исследователи в опубликованной статье. «Поэтому представляет большой интерес оценка радиационной стабильности для PSC».

В лабораторных условиях, предназначенных для моделирования эффектов протонного излучения в течение десятков или даже сотен лет, исследователи испытали ультратонкие подложки солнечных элементов, подходящие для использования в спутниках, впервые материалы с такими свойствами были испытаны таким образом.

Эксперименты показали, что материал для переноса дырок (HTM) в PSC имеет решающее значение для того, какой ущерб он может выдержать и насколько хорошо он может заживать. НТМ облегчает движение дырок (отсутствие электронов) в солнечных элементах, позволяя им оставаться разделенными и производить электричество.

Два конкретных типа НТМ и один тип легирующей примеси (модифицирующее вещество, наносимое на НТМ) лучше всего противостоят повреждению протонным излучением. Тщательно настроенный HTM также может обеспечить самовосстановление панелей и полностью восстановить их эффективность до 100 процентов.

Это восстановление осуществляется с помощью процесса отжига или применения тепла в вакууме, которое может питаться от Солнца. Теоретически солнечная радиация может восстанавливать эти солнечные элементы, а также питать их.

Для того, чтобы это заработало, потребуется гораздо больше исследований, но это исследование показывает, что это возможно — когда-нибудь у нас будет космический корабль, работающий на солнечных батареях, которые могут восстанавливать себя. Учитывая высокую стоимость полетов в космос, это может иметь огромное значение.

«Мы надеемся, что выводы, полученные в результате этой работы, помогут будущим усилиям по разработке недорогих легких солнечных элементов для будущих космических приложений», – говорит наноученый Анита Хо-Бейли из Сиднейского университета.

Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Energy Materials.