|
Новая попытка собрать энергию в космосе
|
|
|
|
Ученые Мичиганского университета (U-M) подали заявку на патент за новый подход к созданию более долговечных солнечных панелей из органических материалов, который делает сбор энергии в космосе более эффективным и служит дольше, чем панели, изготовленные из материалов на основе полимеров.
|
|
|
|
Солнечные панели, используемые в настоящее время для сбора энергии в космосе, со временем теряют эффективность из-за повреждений, вызванных протонным излучением Солнца. К сожалению, материалы, используемые для защиты панелей от этого специфического типа повреждений, могут быть дорогостоящими и значительно утяжелять космические миссии, где вес имеет первостепенное значение.
|
|
|
|
Теперь, благодаря финансированию Управления военно-морских исследований США, панели, разработанные мичиганскими учеными, в ходе лабораторных испытаний показали уникальную способность противостоять этим повреждениям. Ученые говорят, что их результаты вселяют оптимизм в отношении того, что органический подход может снизить затраты на запуск и увеличить время полета космических аппаратов, работающих на солнечной энергии.
|
|
|
|
|
|
|
Высокие затраты на сбор энергии в космосе
|
|
|
|
Из-за значительного времени и затрат, связанных с отправкой миссий в космос, многие спутники и космические аппараты используют энергию Солнца для обеспечения полета, как только он находится на орбите или на пути к другому пункту назначения в Солнечной системе. И хотя космические солнечные панели не страдают от снижения производительности из-за плохой погоды или пыли, как земные, они подвергаются значительно большему воздействию солнечной радиации.
|
|
|
|
“Кремниевые полупроводники нестабильны в космосе из-за протонного излучения, исходящего от солнца”, - объяснил Юнси Ли, первый автор исследования и младший научный сотрудник U-M в области электротехники и вычислительной техники на момент проведения исследования.
|
|
|
|
Согласно заявлению команды U-M, эта протонная бомбардировка приводит к образованию небольших трещин в традиционных панелях, изготовленных из полимеров, а не из органических материалов. Эти трещины приводят к образованию серии электронных “ловушек”, которые частично лишают панель способности собирать энергию в космосе. Чем больше проходит времени, тем более заметным становится снижение эффективности.
|
|
|
|
“Мы обнаружили, что протоны расщепляют некоторые боковые цепи, и в результате образуется электронная ловушка, которая ухудшает работу солнечных элементов”, - пояснил ведущий автор исследования Стивен Форрест, заслуженный профессор инженерных наук Университета Питера А. Франкена в U-M.
|
|
Когда дело доходит до солнечных панелей, органика не трескается
|
|
|
|
Чтобы нейтрализовать этот эффект, команда обратилась к органике. В частности, команда разработала и протестировала индивидуальные солнечные панели, изготовленные из органических материалов, которые, как они надеялись, будут устойчивы к растрескиванию из-за протонного облучения. Команда также надеялась, что их панели будут легче и гибче, чем панели из кремния и арсенида галлия, которые так нравятся планировщикам миссий из-за их устойчивости к протонам.
|
|
|
|
“Мы протестировали органическую фотоэлектрику с использованием протонов, потому что они считаются наиболее опасными частицами в космосе для электронных материалов”, - пояснил Ли.
|
|
|
|
Как и ожидалось, материал оказался значительно более стойким, чем традиционные панели на полимерной основе. И наоборот, обычные панели, протестированные командой, показали значительные повреждения и, соответственно, резкое снижение эффективности.
|
|
|
|
“Органические солнечные элементы, изготовленные из небольших молекул, по—видимому, не испытывали никаких проблем с протонами - они не показали никаких повреждений после трехлетнего облучения”, - пояснили ученые. “Напротив, те, которые были изготовлены из полимеров — более сложных молекул с разветвленной структурой — потеряли половину своей эффективности”.
|
|
Ученые подают заявку на патент, продолжая исследования
|
|
|
|
Исследователи из U-M уже подали заявку на получение патента на свой новый подход к получению энергии в космосе. Они также сотрудничают с Universal Display Corp, компанией по разработке OLED-дисплеев, которая лицензировала их технологию производства органических солнечных панелей и подает заявку на отдельный патент на технологию.
|
|
|
|
Пока команда ожидает получения патента, они продолжают исследовать методы повышения долговечности и эффективности сбора энергии в космосе при одновременном снижении затрат на полет. По словам Форреста, один из подходов может включать методы, предназначенные для “залечивания” трещин, которые появляются в солнечных панелях.
|
|
|
|
“Вы можете устранить это с помощью термического отжига или нагрева солнечного элемента, - объяснил профессор, - повысив его общую температуру” до 100°C (212°F). В то время как этот процесс работает в лаборатории, команда говорит, что они не уверены, произойдет ли такое же самовосстановление в космосе. Они также не знают, как долго будет работать “отремонтированный” солнечный элемент, что является критической переменной в более длительных миссиях.
|
|
|
|
В конечном счете, команда считает, что решение может заключаться в разработке солнечной панели, которая, в первую очередь, будет противостоять этим повреждениям, например, в их подходе к созданию органических панелей. Ли говорит, что продолжит изучение обоих подходов на своей новой должности в Нанкинском университете в Китае. Напротив, Форрест говорит, что его команда может найти способы заполнить протонные ловушки другими предметами, “устранив эту проблему”.
|
|
|
|
Источник
|
