Ispitivanja radijacije sugerišu da bi solarne ćelije napravljene od materijala na bazi ugljenika ili organskih materijala mogle nadmašiti konvencionalni silicijum i galijum arsenid u proizvodnji električne energije na krajnjoj granici, sugeriše studija Univerziteta u Mičigenu.
Dok se prethodna istraživanja fokusirala na to koliko dobro organske solarne ćelije pretvaraju svetlost u električnu energiju nakon izlaganja radijaciji, nova istraga je takođe istražila šta se dešava na molekularnom nivou da izazove pad performansi.
„Silicijumski poluprovodnici nisu stabilni u svemiru zbog protonskog zračenja koje dolazi sa Sunca“, rekao je Jongki Li, prvi autor studije objavljene u Joule-u i naučnik saradnik u elektrotehnici i računarstvu u vreme istraživanja. „Testirali smo organsku fotonaponsku opremu sa protonima jer se smatraju najštetnijim česticama u svemiru za elektronske materijale.
Svemirske misije često se spuštaju na galijum arsenid zbog njegove visoke efikasnosti i otpornosti na oštećenja od protona, ali je skup i, poput silicijuma, relativno je težak i nefleksibilan. Nasuprot tome, organske solarne ćelije mogu biti fleksibilne i mnogo su lakše. Ova studija je među onima koje istražuju pouzdanost organskih materija, jer svemirske misije imaju tendenciju da koriste materijale kojima se veruje.
Činilo se da organske solarne ćelije napravljene od malih molekula nisu imale problema sa protonima — nisu pokazale nikakvu štetu nakon tri godine zračenja. Nasuprot tome, oni napravljeni od polimera – složenijih molekula sa granastim strukturama – izgubili su polovinu svoje efikasnosti.
„Otkrili smo da protoni cepaju neke od bočnih lanaca, a to ostavlja zamku elektrona koja degradira performanse solarnih ćelija“, rekao je Stephen Forrest, ugledni univerzitetski profesor inženjerstva Peter A. Franken na U-M i vodeći autor studije.
Ove zamke hvataju elektrone oslobođene svetlošću koja udara u ćeliju, sprečavajući ih da dođu do elektroda koje sakupljaju električnu energiju.
„Ovo možete izlečiti termičkim žarenjem ili zagrevanjem solarne ćelije. Ali mogli bismo pronaći načine da popunimo zamke drugim atomima, eliminišući ovaj problem“, rekao je Forest.
Moguće je da bi solarne ćelije okrenute ka suncu mogle u suštini da se samoizleče na temperaturama od 100°C (212°F) – ova toplota je dovoljna da se poprave veze u laboratoriji. Ali ostaju pitanja: na primer, da li će se ta popravka i dalje odvijati u svemirskom vakuumu? Da li je isceljenje dovoljno pouzdano za duge misije? Možda je jednostavnije dizajnirati materijal tako da se nikada ne pojave elektronske zamke koje ubijaju performanse.
Li namerava da dalje istražuje obe avenije kao dolazeći vanredni profesor naprednih materijala i proizvodnje na Univerzitetu Nanjing u Kini.
Uređaji su delimično izgrađeni u objektu za nanofabrikaciju Lurie, izloženi protonskom snopu u Laboratoriji za jonski snop u Mičigenu i proučavani u Mičigen Centru za karakterizaciju materijala.
