Cientistas do Centro Skoltech de Ciência e Tecnologia de Energia, Instituto de Problemas de Física Química de RAS e Departamento de Química de MSU apresentaram células solares baseadas em polímeros conjugados e derivados de fulereno, que demonstraram estabilidade de radiação recorde e suportam radiação gama, aumentando as esperanças de sua operação estável na órbita próxima da Terra durante 10 anos ou mais. Os resultados do estudo foram publicados na ACS Applied Materials and Interfaces.

Quando a União Soviética lançou o primeiro satélite de todos os tempos, há 60 anos, seu sinal de rádio transmitido em três frequências poderia ser capturado em qualquer lugar da Terra. No entanto, três semanas depois, o transmissor ficou em silêncio, tendo consumido toda a energia fornecida pelas baterias de bordo, que representavam uma parte maior do peso do satélite.

Desde o primeiro lançamento de satélite que impulsionou a corrida espacial, todos os satélites que se lançados, transportaram células solares que convertem a energia da luz em eletricidade para alimentar os sistemas eletrônicos a bordo. Células solares de silício e conversores fotoelétricos são as variedades mais comuns, apesar de suas múltiplas desvantagens, além de ter uma baixa relação energia-peso, sua fragilidade é facilmente afetados pela radiação ionizante: ao contrário dos fluxos de partículas de alta energia que podem ser evitados pelo encapsulamento, os raios gama têm alta capacidade de penetração e são mais difíceis de gerenciar.

A formação e o acúmulo de defeitos induzidos por radiação em uma estrutura cristalina de semicondutores inorgânicos convencionais causam severa degradação de suas propriedades eletrônicas e rápida decadência da eficiência das células solares.

Nas últimas duas décadas, as células solares orgânicas atraíram muita atenção graças à sua leveza, flexibilidade e proporções sem precedentes de energia para peso de 10 a 20 W / g, o que as torna candidatas promissoras para aplicações espaciais, embora sua estabilidade de radiação precisa ser compreendida.

Anteriormente, um grupo de pesquisadores liderados pelo professor da Skoltech, Pavel Troshin, estudou a estabilidade da radiação de células solares de perovskita e mostrou que os haletos de chumbo complexos da geração atual são muito sensíveis a raios-x para serem usados ​​no espaço. Os pesquisadores estavam muito mais otimistas em relação às células solares orgânicas, que exibiram excelente estabilidade à radiação em seu estudo recente.

“Os polímeros conjugados contendo carbazol selecionados para o estudo garantem uma longa vida operacional e bastante alta eficiência de conversão de luz de células solares sob condições terrestres padrão, como demonstramos em 2015. Neste artigo, examinamos o comportamento de dois modelos de fulerenos. sistemas poliméricos expostos a raios-x. Um dos dois sistemas apresentou uma estabilidade de radiação recorde-alta, com as células solares retendo mais de 80% de sua eficiência inicial, os satélites próximos da órbita da Terra são estimados para receber durante 10 anos ou mais. Esta é apenas uma das nossas primeiras realizações neste esforço de pesquisa e vamos buscar o desenvolvimento de células solares orgânicas ainda mais estáveis ​​e eficientes para aplicações espaciais “, diz o primeiro autor do artigo, Ilya Martynov.

A alta estabilidade da radiação revelada pelas células solares orgânicas baseadas em polímeros conjugados contendo carbazol é indicativa de seu amplo potencial de espaço, com seu peso leve, flexibilidade e alta relação energia / peso, permitindo uma redução significativa no peso do lastro e aumento no carga útil.

“A implantação de velas solares espaciais feitas de células solares plásticas flexíveis representa uma oportunidade atraente para aumentar o poder dos conversores fotoelétricos nos satélites”, diz o professor Troshin.