Инженеры из Университета Суррея создали особое «космическое покрывало» для солнечных батарей нового поколения. Оно может защитить перовскитные элементы в суровых условиях космоса. Это открывает путь к созданию более легких, дешевых и эффективных источников энергии для спутников и космических кораблей.

Перовскитные солнечные элементы — это новая технология. Они легкие, недорогие в производстве и потенциально долговечнее традиционных кремниевых панелей. Но есть проблема: в космосе их разрушает радиация, особенно уязвимы органические молекулы внутри элементов.

Ученые из Института передовых технологий Суррея вместе с коллегами из Оксфорда, Университета Нового Южного Уэльса (Австралия) и нескольких научных центров Южной Кореи нашли решение. Они разработали тонкое защитное покрытие на основе органического соединения PDAI₂.

Исследование вышло в журнале Joule.

Перовскитные элементы очень перспективны для космоса, но радиация в нашей солнечной системе — серьезная угроза для их органических компонентов, — объясняет доктор Джей Сун Юн, соавтор работы. — Наше покрытие защищает эти уязвимые части, не дает им разрушаться и помогает батареям дольше сохранять эффективность.

Чтобы проверить защиту, батареи с покрытием и без него подвергли мощному облучению протонами. Так моделировали более 20 лет работы на низкой околоземной орбите. Обработанные элементы показали себя гораздо лучше. Они сохранили больше КПД, и внутренние повреждения были незначительными.

Покрытие действует как стабилизатор: оно не дает нестабильным молекулам вступать в реакцию и превращаться в газы, которые улетучиваются и ослабляют элемент.

Этот проект — отличный пример того, как междисциплинарное сотрудничество дает реальный результат, — говорит профессор Рави Сильва, директор Института передовых технологий. — Объединив знания из разных областей, мы решаем сложные глобальные задачи, такие как создание новых чистых энерготехнологий для космоса.

Реальная польза этого исследования выходит далеко за рамки академического интереса. Если технология докажет свою надежность в реальных миссиях, она может перевернуть экономику малых спутников (CubeSat) и крупных космических аппаратов. Перовскитные панели с защитным слоем будут значительно легче современных аналогов. Это означает:

• Снижение стоимости вывода спутников на орбиту (меньший вес — меньшая цена запуска).
• Увеличение полезной нагрузки аппарата (можно поставить больше научного оборудования вместо тяжелых батарей).
• Потенциальное удешевление самой солнечной энергии в космосе за счет более простого и дешевого производства.

Это ускорит развитие частной космонавтики, глобального интернет-покрытия (спутниковые группировки) и научных исследований на орбите. В долгосрочной перспективе такие легкие и эффективные панели могут стать ключевым элементом для обеспечения энергией лунных баз или миссий в дальний космос.

Основной вопрос к исследованию — это проверка не только на протонное, но и на электронное и гамма-излучение, а также на комплексное воздействие всех факторов космического пространства одновременно (ультрафиолет, экстремальные перепады температур, атомарный кислород на низких орбитах). Лабораторное моделирование 20 лет протонной бомбардировки — хороший тест, но космос бросает вызов по всем фронтам.

Кроме того, пока неясно, как поведет себя защитное покрытие PDAI₂ в условиях длительной (10+ лет) работы и не приведет ли оно к каким-то иным, пока неучтенным, процессам деградации внутри самого перовскитного слоя. Для полноты картины необходимы испытания на борту реального спутника.

Ранее мы опубликовали 10 инновационных технологий для аэрокосмической промышленности.