Органические солнечные батареи смогут работать в космосе 10 лет — Naked Science
8 июля
8 минут
Сколтех

Органические солнечные батареи смогут работать в космосе 10 лет

Ученые Центра энергетических технологий Сколтеха, Института проблем химической физики РАН и Химического факультета МГУ показали рекордную радиационную стабильность солнечных батарей на основе сопряженных полимеров и производных фуллеренов.

Устройства выдерживают дозы ɣ-лучей более 6000 Грей, что позволяет рассчитывать на их стабильную работу на околоземной орбите в течение более 10 лет. Результаты исследований опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

Чуть более 60 лет назад Советский Союз вывел на орбиту первый искусственный спутник Земли. Жители всех стран мира могли регистрировать радиосигнал этого спутника, который передавался на трех частотах. Однако спустя три недели радиостанция спутника «замолчала», т.к. был исчерпан резерв отправленных на спутнике батарей, которые составляли более половины его массы. С учетом полученного опыта, уже второй и все последующие спутники запускались в космос с солнечными батареями, которые генерируют электроэнергию и обеспечивают работу электронных систем аппарата.

Чаще всего используются кремниевые солнечные батареи и фотопреобразователи на основе систем A3B5 (на основе элементов 3 и 5 групп периодической таблицы). Однако они имеют целый ряд существенных недостатков: большой вес и, как следствие, низкую удельную энергопроизводительность. Они хрупкие и малостабильные по отношению к действию ионизирующего излучения.

От потока высокоэнергетичных частиц хорошо защищает инкапсуляция, а вот от гамма-лучей защититься сложно ввиду их высокой проникающей способности. Образование и накопление дефектов в кристаллической структуре классических неорганических полупроводников приводит к ухудшению их электронных свойств и быстрому падению эффективности солнечных батарей.  

В последние два десятилетия значительное внимание привлекают органические солнечные батареи, которые являются легкими, гибкими и обеспечивают рекордные удельные энергопроизводительности (10-20 Вт/г). Перечисленные характеристики указывают на перспективы применения органических солнечных батарей в космосе, однако радиационная стабильность этого типа устройств на сегодняшний день малоизучена.

Ранее группа исследователей под руководством профессора Сколтеха Павла Трошина изучила радиационную стабильность перовскитных солнечных батарей и показала, что используемые на сегодняшний день комплексные галогениды свинца недостаточно устойчивы к ɣ-лучам для применения в космосе. А вот для органических солнечных батарей результаты оказались куда более оптимистичными ‒ в своем последнем исследовании ученые продемонстрировали для них превосходную радиационную стабильность.

«Выбранные для исследования карбазолсодержащие сопряженные полимеры обеспечивают длительный срок эксплуатации и приемлемые эффективности преобразования света солнечных батарей в стандартных условиях на поверхности Земли, что мы показали еще в 2015 г. В данной работе мы изучили поведение двух модельных фуллерен-полимерных систем под действием ɣ-лучей. Одна из систем показала фактически рекордную радиационную стабильность, сохранив более 80% от начальной эффективности (к.п.д.) солнечных батарей после облучения дозой 6500 Грей!

Расчеты показывают, что такие дозы радиации спутники получают на околоземной орбите за более чем 10 лет. Хочу заметить, что это лишь один из первых наших результатов в этой области. Мы продолжаем наши исследования и рассчитываем создать еще более стабильные и эффективные органические солнечные батареи для космоса», – рассказывает первый автор опубликованной работы Илья Мартынов.

Обнаруженная высокая радиационная стабильность органических солнечных батарей на основе карбазолсодержащих сопряженных полимеров указывает на значительные перспективы их практического использования в космосе. Ввиду своей легкости, гибкости и высокой удельной энергопроизводительности, полимерные солнечные батареи позволят существенно снизить балластный вес спутников и увеличить полезную нагрузку.

«Крайне интересной является также перспектива развертывания в космосе «солнечных парусов» на основе гибких пластиковых солнечных батарей, что позволит значительно повысить мощность фотоэлектрических преобразователей спутников», ‒ рассказывает руководитель исследования Павел Трошин.

Сколтех
73 статей
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Позавчера, 20:14
7 минут
Полина Гершберг

Клеточные линии человека с «лицом эльфа» помогли ученым подтвердить, что древние люди одомашнили сами себя.

Вчера, 14:09
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи полагают, что усваивание алкоголя, возможно, позволило предкам человека разумного возвыситься над другими видами.

Вчера, 13:16
2 минуты
Илья Ведмеденко

Российское телевидение показало, что находится внутри так называемого ядерного чемоданчика — устройства, содержащего коды, которые в случае необходимости должны привести в действие ядерный арсенал страны.

4 декабря
39 минут
Александр Березин

В 2017 году от рака умерло 9,6 миллиона человек, и с каждым годом эта цифра будет расти. Есть ли способы остановить наступление этой болезни на человеческие жизни?

4 декабря
2 минуты
Илья Ведмеденко

По мнению информаторов Центрального разведывательного управления США, СССР мог располагать огромным танком массой в 120 тонн.

Позавчера, 20:14
7 минут
Полина Гершберг

Клеточные линии человека с «лицом эльфа» помогли ученым подтвердить, что древние люди одомашнили сами себя.

15 ноября
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

18 ноября
4 минуты
Сергей Васильев

Накопление эпигенетических модификаций ДНК позволило провести параллели между возрастом собак и людей и найти новую формулу для пересчета одного в другой.

19 ноября
40 минут
Александр Березин

Женщины заводят ребенка не от мужа тем чаще, чем ниже его социальная ценность. Попробуем разобраться, как биология подталкивает их к изменам и почему моногамия имеет все шансы на реванш.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: