Перовскитные и органические солнечные батареи могут стать дешевой и эффективной альтернативой традиционным устройствам на основе кремния. Теперь их впервые испытали в космосе. Оказалось, что они способны поглощать даже рассеянный свет, отраженный от Земли.
Запуск ракетного зонда в Швеции
Альтернативы для космоса
Кремний был главным материалом для солнечных батарей на протяжении десятилетий. Он служит нам по сей день, но ученые очень активно ищут ему замену. Вполне возможно, вскоре кремний может быть заменен перовскитом (титанатом кальция). Исследования этого материала настолько далеко продвинулись за последнее десятилетие, что эффективность перовскитных батарей приблизилась к эффективности кремниевых.
Органические солнечные батареи - еще один привлекательный вариант. Они не могут конкурировать с кремнием по эффективности, но они намного тоньше, гибче и в разы дешевле при массовом производстве.
Космическая отрасль не является главным потребителем солнечных батарей, но именно для нее солнечные панели носят колоссальное значение. Практически все космические аппараты, марсоходы и луноходы, когда-либо запускавшиеся человечеством, работали на солнечной энергии. В общем, без солнечной энергетики освоение космоса стало бы гораздо более затруднительным.
Но имеется проблема: кремниевые панели много весят. Минимальная стоимость запуска килограмма груза на орбиту составляет около $2,5 тыс. Соответственно, снизив вес солнечных батарей, можно значительно уменьшить стоимость запуска аппаратов. В этом отношении и перовскитные, и органические батареи выглядят как отличная альтернатива. Но это - в теории. Практические же испытания этих элементов в космосе состоялись лишь на днях.
Испытание космосом
В рамках нового исследования Технического университета Мюнхена (TUM) два варианта каждого типа солнечных элементов были закреплены на зондирующей ракете, запущенной на севере Швеции. Ракета совершила короткое суборбитальное кругосветное путешествие на максимальной высоте 240 км. Запуск состоялся еще летом 2019 года, но результаты исследования опубликованы только на днях.
Солнечные элементы на фрагменте корпуса ракеты
Испытание космосом оказалось на удивление удачным. Солнечные элементы выдержали экстремальные нагрузки при запуске, пережили полет в атмосфере и успешно собирали солнечный свет в течение семи минут в космосе. Как и ожидалось, они не были такими же эффективными, как кремниевые, но они выполняли работу, будучи более легкими и компактными.
“В этом бизнесе учитывается не эффективность, а производимая электроэнергия на вес, которая называется удельной мощностью, - поясняет Петер Мюллер-Бушбаум, старший автор исследования. - Новый тип солнечных элементов достиг значений от 7 до 14 милливатт на квадратный сантиметр во время полета ракеты”.
Еще интереснее, что эти солнечные элементы вырабатывали энергию, даже когда их разворачивали от Солнца. Элементы смогли собрать слабый свет, отраженный от поверхности Земли. Традиционные кремниевые солнечные батареи так делать не могут. “Это очень хорошая новость. Она означает, что технология может использоваться при полетах в глубокий космос, далеко от Солнца, где стандартные солнечные элементы просто не работают”, - говорит Мюллер-Бушбаум.
Ученые уверены, что перовскитные и органические солнечные элементы окажутся крайне полезными в ходе дальнейшего освоения космоса. Конечно, семиминутного теста недостаточно, так что в ближайшее время исследователи намерены провести более серьезные тесты, запустив на устойчивую орбиту спутник с новыми солнечными элементами.
Исследование опубликовано в журнале Joule.
Если хотите получать новости через мессенджер, подписывайтесь на новый Telegram-канал iGate
