Учёные из University of Michigan (США) утверждают, что органические солнечные батареи, созданные на основе углеродных материалов, могут превзойти традиционные кремниевые и арсенид-галлиевые аналоги в условиях космоса. Исследование показало, что такие батареи обладают высокой устойчивостью к радиации, что делает их перспективным решением для космических миссий.
Почему кремний и арсенид галлия проигрывают?
Кремниевые полупроводники плохо переносят воздействие протонов, исходящих от солнечного излучения, — об этом рассказал ведущий автор исследования Йонгси Ли. Протоны разрушают структуру материала, снижая его эффективность. Арсенид галлия, хоть и обладает высокой стойкостью к повреждениям, остаётся дорогим, тяжёлым и негибким. Эти характеристики ограничивают его применение в современных космических разработках.
Органические солнечные элементы, напротив, легки, гибки и менее подвержены разрушительному воздействию радиации. Новое исследование впервые проанализировало, что происходит на молекулярном уровне с органическими материалами под воздействием протонов.
Что показал эксперимент?
Учёные протестировали два типа органических солнечных батарей: на основе малых молекул и на основе полимеров. Результаты оказались удивительными. Батареи из малых молекул сохраняли полную работоспособность даже после воздействия радиации, эквивалентной трём годам нахождения в космосе. Полимерные же элементы потеряли до половины своей эффективности. Причина — протонное разрушение боковых цепей молекул, которое создаёт так называемые "ловушки для электронов". Эти ловушки мешают электронам достигать электродов, что снижает общую производительность солнечной батареи.
Решение проблемы: "самоисцеление"?
Учёные предложили два подхода к решению проблемы. Во-первых, нагревание батарей (так называемый термоотжиг) при температуре около 100°C может восстанавливать повреждённые связи. Во-вторых, возможно создание материалов, устойчивых к образованию ловушек. Для подтверждения гипотезы о "самоисцелении" учёные планируют дополнительные исследования, чтобы выяснить, будет ли восстановление происходить в условиях вакуума космоса.
---
Если дальнейшие исследования подтвердят устойчивость органических солнечных батарей в условиях космоса, это откроет новые горизонты для космической энергетики, сделав её легче, дешевле и эффективнее.