Onderzoekers van de University of Oklahoma, met het National Renewable Energy Laboratory, de University of North Texas, het NASA Glenn Research Center en verschillende medewerkers binnen de ruimtevaartgemeenschap, hebben onlangs een paper gepubliceerd in het tijdschrift Joule die de optimale omstandigheden beschrijft voor het testen van perovskiet-zonnecellen voor de ruimte.

Perovskieten zijn een materiaal dat wordt gebruikt in een soort zonnecel, dit zijn apparaten die licht omzetten in elektrische energie. Ian Sellers, een fysicus aan de Universiteit van Oklahoma en een co-auteur van het artikel, zei dat perovskiet-zonnecellen opwinding creëren in de fotovoltaïsche gemeenschap vanwege hun snel toenemende prestaties en hun hoge tolerantie voor straling, wat suggereert dat ze kunnen worden gebruikt om te voorzien in stroom voor ruimtesatellieten en ruimtevaartuigen.

Sellers, die ook de presidentiële professor van Ted S. Webb is in het Homer L. Dodge Department of Physics and Astronomy in het Dodge Family College of Arts and Sciences, en de associate director van het Oklahoma Photovoltaics Research Institute, heeft meerdere afgestudeerde studenten begeleid en een postdoctoraal onderzoeker op dit gebied. De voormalige postdoctorale onderzoeker in het laboratorium van Seller, Brandon Durant, is nu een National Research Council Fellow en woonachtig in het U.S. Naval Research Laboratory en is een van de co-auteurs van het artikel.

"Perovskieten zijn opwindend voor veel mensen in de fotovoltaïsche gemeenschap omdat dit nieuwe zonnecelmateriaal een hoge efficiëntie kan bereiken en dit snel en relatief eenvoudig heeft gedaan", zei Sellers. "Maar deze materialen hebben ook belangrijke problemen in termen van stabiliteit en opbrengst, vooral in atmosferische omstandigheden - vocht, zuurstof degradeert dit materiaal, dus het was interessant dat er een paar mensen waren die suggereerden dat dit systeem ondanks deze aardse instabiliteitsproblemen straling leek hard en geschikt voor de ruimte."

"De term 'harde straling' wordt door onderzoekers gebruikt om te beschrijven hoeveel schade er optreedt in een object of apparaat wanneer het een ruimteomgeving is", zegt Joseph Luther, een senior wetenschapper bij het team voor chemische materialen en nanowetenschappen van het National Renewable Energy Laboratory. . "Het is interessant, vooral met perovskietmaterialen, omdat bekend is dat de halfgeleiders zacht zijn, maar stralingshardheid betekent alleen dat ze de door straling veroorzaakte defecten kunnen verdragen zonder een snelle verslechtering van de prestaties."

Het probleem dat het team van OU, NREL en de Universiteit van Noord-Texas wilde oplossen, was hoe toepasbaar standaard ruimtetesten van zonnecellen zijn voor de perovskieten.

"Wat we ontdekten was dat perovskieten stralingshard zijn, maar niet om de redenen die velen geloofden," zei Sellers. "We ontdekten dat de gemeenschap ze in het algemeen niet goed test. Perovskieten zijn dunne films en ze zijn ook erg zacht, dus als je de ruimteprotocollen gebruikt die zijn ontwikkeld voor traditionele zonnecellen, is de interactie van hoogenergetische deeltjes verwaarloosbaar, wat betekent perovskieten zagen er hard uit omdat ze naar onze mening niet goed werden getest."

Om een ​​nieuwe manier te ontwikkelen om de perovskieten te testen, werkte Durant samen met Bibhudutta Rout, een universitair hoofddocent aan de afdeling Natuurkunde aan de UNT in Denton, Texas, om de stralingshardheid van de zonnecellen onder verschillende omstandigheden of blootstelling aan straling te meten.

"We zijn begonnen met het uitvoeren van deze zeer gerichte stralingsafhankelijkheidstests door deze deeltjes in verschillende delen van de zonnecel controleerbaar te stoppen," zei Sellers. "Dus in plaats van deeltjes met een zeer hoge energie te gebruiken, gebruikten we deeltjes met een lagere energie, met name protonen, omdat deze schadelijker zijn voor de perovskieten en veel voorkomen in de ruimte, zonnecellen en andere materialen in de ruimte bombarderen met lage energieën. we hebben dit gedaan, we hebben bevestigd dat perovskieten inderdaad erg stralingshard zijn omdat ze zacht zijn en niet erg dicht, dus als ze beschadigd zijn, genezen ze snel."

Verkopers vergelijkt het effect met een bak water. Het water begint als stil. Je kunt in het water spetteren om chaos te creëren, maar zodra het spetteren stopt, wordt het weer stil.

"Deze perovskieten zijn bijna als een vloeistof, dus als ze beschadigd zijn, genezen ze zichzelf", zei hij. "Perovskieten zullen, net als een bak met water, in de ruimte ongeordend en beschadigd raken, maar zullen ook heel snel bezinken of genezen en weer normaal worden. Wat we hebben gedaan, is een protocol creëren, een reeks voorwaarden waaraan perovskietcellen moeten worden getest voordat ze de ruimte in gaan, zodat de wereldwijde gemeenschap deze materialen goed en op dezelfde manier test."

Toepassingen voor dit onderzoek openen een scala aan mogelijkheden. Een onderzoeksgebied is onder meer het onderzoek naar het gebruik van perovskieten in permanente installaties op de maan, met name of lichtgewicht flexibele perovskieten opgevouwen de ruimte in kunnen worden gestuurd en daar met succes kunnen worden ingezet, of zelfs op de maan kunnen worden gemaakt.

Evenzo zou toekomstig onderzoek het nut kunnen onderzoeken van perovskiet-zonnecellen voor ruimtemissies naar planeten zoals Jupiter die een intense stralingsomgeving hebben of voor satellietmissies in polaire banen met hoge stralingsniveaus.

"Ruimtekwalificatie van een nieuw materiaal wordt bepaald door missievereisten", zegt NASA Glenn Research-ingenieur en co-auteur Lyndsey McMillon-Brown. "Dit werk is zo belangrijk omdat we de reactie van de perovskieten op straling onderzoeken die het meest relevant zijn voor de toepassingen waarin NASA het meest geïnteresseerd is."

"Door samen te komen en een aantal protocollen te definiëren waarmee de federale en commerciële ruimtevaartgemeenschap het eens zijn over de manier waarop deze moeten worden getest, is een belangrijke stap voorwaarts die baanbrekend is voor hoe perovskieten in de ruimte kunnen worden ingezet," zei Sellers.

"Aftellen naar de lancering van de perovskietruimte:richtlijnen voor het uitvoeren van relevante experimenten met stralingshardheid" werd gepubliceerd in Joule op 11 april 2022. De studie werd geleid door Luther en voornamelijk uitgevoerd door Ahmad Kirmani, een postdoctoraal onderzoeker bij NREL, en Durant. + Verder verkennen

Wetenschappers beslissen hoe ze perovskietpanelen kunnen bewijzen voor ruimtekracht