Инженеры Университета Суррея представили защитное покрытие, получившее неофициальное название «космическая вуаль». Оно предназначено для защиты солнечных элементов, особенно перовскитных солнечных батарей (PSC), от агрессивного воздействия радиации в открытом космосе.
Разработка ориентирована на сохранение органических молекул, находящихся внутри перовскитных структур, которые подвержены разрушению под действием радиации. Эта технология открывает перспективы создания более лёгких, доступных и долговечных источников энергии для будущих космических миссий.
Радиационные угрозы и перовскитные технологии
В условиях космоса солнечные панели подвергаются воздействию как постоянных потоков галактических космических лучей, так и периодических вспышек солнечной активности. Для длительных миссий крайне важно, чтобы солнечные батареи обладали не только высокой эффективностью, но и устойчивостью к таким экстремальным условиям.
На сегодняшний день лидерами в области космической энергетики остаются многоузловые солнечные элементы на базе арсенида галлия (III-V), но их высокая стоимость стимулирует интерес к более экономичным альтернативам — в том числе к PSC. Перовскитные элементы демонстрируют высокую удельную мощность и перспективную радиационную стойкость.
Однако одно из слабых мест PSC — это чувствительность органических компонентов, особенно так называемых A-сайтовых органических катионов, к повреждению от протонной радиации. Это влияет не только на стабильность элементов, но и на их способность к самовосстановлению.
«Космическая вуаль»
Чтобы решить проблему, исследователи из Университета Суррея и их партнёры создали тонкое защитное покрытие на основе соединения пропан-1,3-диаммоний йодида (PDAI₂). Это соединение стабилизирует уязвимые органические молекулы внутри перовскитной структуры, предотвращая их разложение и образование газов вроде аммиака или водорода, которые могли бы повредить элемент.
В ходе экспериментов специалисты подвергли PSC с защитным слоем и без него мощному воздействию протонной радиации, эквивалентной 20 годам пребывания на низкой околоземной орбите. Результаты показали, что покрытые элементы теряли значительно меньше эффективности и сохраняли внутреннюю целостность.
Это подтверждает эффективность «космической вуали» и делает её потенциально ключевым решением для повышения надёжности солнечных систем в космосе.
От Международной космической станции до телескопа Джеймса Уэбба — все современные орбитальные объекты зависят от надёжных источников солнечной энергии. С ростом интереса к космическим исследованиям и разработке спутников, рынок солнечных панелей для космоса уже достиг $1,53 миллиарда в 2023 году.
Кроме того, новая технология может сыграть важную роль в реализации проектов по передаче солнечной энергии с орбиты на Землю, делая их более эффективными и экономически оправданными.
Исследование опубликовано в научном журнале Joule.
