Новая технология солнечных батарей может произвести революцию в космических полетах

Проблема с существующими солнечными панелями

Солнечные панели, используемые в космосе, сталкиваются с уникальными проблемами. В отличие от земных панелей, которые могут потерять эффективность из-за пыли или плохой погоды, космические панели подвергаются интенсивному солнечному излучению. Со временем воздействие протонного излучения Солнца приводит к появлению микротрещин в обычных полимерных панелях. Эти трещины задерживают электроны, снижая способность панели генерировать энергию.

«Кремниевые полупроводники деградируют под воздействием протонного облучения, — объясняет Юнси Ли, бывший научный сотрудник Мичиганского университета и ведущий автор исследования. Эта деградация приводит к постепенному снижению производительности, что является серьезным ограничением для долгосрочных миссий».

Чтобы решить эту проблему, команда обратилась к органическим фотовольтаикам, разработав панели, специально предназначенные для противостояния воздействию протонной бомбардировки. В отличие от традиционных панелей, изготовленных из кремния или арсенида галлия, новые органические панели оказались более легкими и гибкими.

«Органические солнечные элементы не получили никаких повреждений после облучения, эквивалентного трем годам», — отметил Ли, подчеркнув их превосходную устойчивость. В отличие от них, панели на основе полимеров, протестированные вместе с ними, потеряли почти половину своей эффективности в тех же условиях».

Продвижение космических технологий

Исследователи уже подали заявку на патент на свою разработку и заключили партнерство с Universal Display Corp, чтобы приблизить технологию к коммерческому использованию. В ожидании одобрения команда изучает способы дальнейшего увеличения долговечности солнечных панелей.

Один из потенциальных методов включает в себя термический отжиг — нагрев солнечных элементов для устранения микротрещин. «Мы можем поднять температуру до 100°C, чтобы залечить повреждения», — говорит Стивен Форрест, старший научный сотрудник проекта. Однако вопрос о том, можно ли будет последовательно применять этот метод ремонта в космосе, остается открытым.

Хотя технология органических панелей многообещающая, она все еще находится на ранней стадии. Команда намерена усовершенствовать свою конструкцию, чтобы создать солнечные панели, еще более устойчивые к радиационному повреждению. Форрест и его коллеги также изучают инновационные способы предотвращения образования электронных ловушек.

Этот прорыв открывает захватывающие возможности для будущих космических миссий. Снизив затраты и увеличив срок службы космических аппаратов на солнечных батареях, новая технология может изменить наши представления об исследовании космоса.

Для материалов, работающих в условиях космического пространства, важно не только алгебраическое улучшение характеристик, но и подход, учитывающий целый ряд факторов, таких как изменение температуры, воздействие вакуума и повреждение от микрометеоритов. Результаты текущих исследований показывают, что органические солнечные панели могут справляться с этими условиями лучше, чем их традиционные аналоги.

Кроме того, возможность гибкости и легкости новых панелей открывает двери для их интеграции в различные конструкции космических аппаратов. Например, они могут быть установлены на покрытии спутников или даже на поверхностях космических кораблей, что существенно сэкономит вес и пространство. Это может быть особенно актуально для исследовательских миссий, таких как экспедиции на Марс или другие отдаленные планеты, где каждый грамм имеет значение.

Следующий этап в разработке этих панелей связан с их тестированием в реальных условиях космоса. Исследователи планируют отправить образцы органических солнечных панелей на станцию «Международный космический лабораторий» в рамках миссии, чтобы получить дополнительные данные о их работе в условиях микрогравитации и противоположных температурных диапазонах. Такие испытания крайне важны для понимания долговечности и надежности этих панелей при длительных космических экспедициях.

Тем не менее, команда осознает, что успех органических солнечных панелей будет зависеть не только от их физико-химических свойств, но и от экономической целесообразности. «Мы надеемся, что, добившись еще большего снижения себестоимости производства, наши панели станут стандартом для космической энергетики», — говорит Ли.

С постоянно растущими требованиями к устойчивости и эффективности при исследовании космоса, работа над органическими солнечными панелями может стать катализатором новой волны инноваций в индустрии. Исследователи уверены, что эта технология может не только решить существующие проблемы, но и стать основой для более амбициозных проектов, таких как построение солнечных электростанций на других планетах или создание автономных систем энергоснабжения для будущих колоний.

Таким образом, развивая свою технологию, команда Мичиганского университета открывает путь к новому этапу в освоении космоса, предоставляя человечеству более эффективные инструменты для покорения вселенной. Они подчеркивают, что это всего лишь начало, и впереди их ждет еще много исследований и экспериментов, прежде чем органические солнечные панели станут общепринятой технологией в космических миссиях.