В космосе солнечные панели переживают настоящие температурные пытки: от палящего солнца до ледяного холода тени. Для следующего поколения перовскитных элементов это было серьёзной проблемой. Но учёные из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана (Ludwig Maximilian University of Munich) нашли решение: они буквально «сшили» слои батареи на молекулярном уровне, создав защитную сеть, которая не даёт панелям разрушаться в вакууме.
После 16 жёстких циклов от −80 °C до +80 °C новые элементы сохранили 84 % исходной мощности, в то время как обычные быстро теряли эффективность.
Перовскитные солнечные элементы давно привлекают внимание: они дёшевы в производстве и показывают отличную эффективность. Но у них есть серьёзный физический недостаток — разные слои расширяются и сжимаются при смене температуры с разной скоростью. В низкой околоземной орбите (НОО) перепады происходят очень быстро, и это вызывает микротрещины, расслоение (деламинацию) и резкое падение мощности.
Двойной молекулярный щит
Команда под руководством доктора Эркана Айдына (Erkan Aydin) применила двойную стратегию армирования. Они стабилизировали и внутреннюю структуру зёрен перовскита, и границу между слоями батареи и подложкой.
В перовскитовый слой добавили альфа-липоевую кислоту — она формирует полимерную сеть, которая «прошивает» границы зёрен и предотвращает внутренние трещины. Одновременно на границе с электродом использовали специальную молекулу DMSLA с сульфониевой группой. Она создаёт мощный химический якорь, который держит слои вместе.
«Мы можем представить эти молекулы как гибкую anchored-сеть, — объясняет Айдын. — Она удерживает светопоглощающий слой перовскита на подложке, позволяя ему адаптироваться к температурным изменениям и не расслаиваться».
Новая технология подняла эффективность элементов до 26 %. При экстремальных испытаниях (циклы от −80 °C до +80 °C) они сохранили 84 % мощности. Самые разрушительные — первые циклы, но после этого молекулярная защита обеспечивает долгосрочную стабильность.
Это именно те свойства, которые нужны для реального использования: высокая механическая прочность, надёжность и способность работать в самых суровых условиях — от спутников на орбите до стратосферных самолётов и гибких солнечных модулей будущего.
Сейчас команда сосредоточена на доработке технологии, чтобы она стала полностью «космически готовой». Если удастся снизить требования к производству, перовскитные батареи нового поколения могут стать лёгкими, эффективными и по-настоящему долговечными источниками энергии для космических миссий.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
