Científicos del Skoltech Center for Energy Science and Technology, el Instituto de Problemas de Física Química de RAS, y el Departamento de Química de MSU han presentado células solares basadas en polímeros conjugados y derivados de fullereno que demuestran una estabilidad de radiación récord y resisten la radiación gamma de> 6, 000 Gy, aumentando las esperanzas de su funcionamiento estable en órbita cercana a la Tierra durante 10 años o incluso más. Los resultados del estudio se publicaron en Interfaces y materiales aplicados ACS .

Cuando la Unión Soviética lanzó el primer satélite hace unos 60 años, su señal de radio transmitida en tres frecuencias podría capturarse en cualquier lugar de la Tierra. Sin embargo, tres semanas después el transmisor se quedó en silencio, habiendo consumido toda la energía proporcionada por las baterías a bordo que representaron una parte mayor del peso del satélite. Se aprendió una lección del primer lanzamiento, y todos los satélites que siguieron llevaban células solares que convierten la energía de la luz en electricidad para alimentar los sistemas electrónicos a bordo. Las células solares de silicio y los convertidores fotoeléctricos basados ​​en los elementos de los grupos 3 y 5 de la tabla periódica (A3B5) son las variedades más comunes a pesar de sus múltiples inconvenientes. incluido el peso pesado y, por lo tanto, una relación peso-energía baja. Para acabar, Son frágiles y se ven fácilmente afectados por la radiación ionizante:a diferencia de los flujos de partículas de alta energía que pueden protegerse mediante encapsulamiento, Los rayos gamma tienen una alta capacidad de penetración y son más difíciles de manejar. La formación y acumulación de defectos inducidos por radiación en una estructura cristalina de semiconductores inorgánicos convencionales causa una degradación severa de sus propiedades electrónicas y un rápido deterioro de la eficiencia de las células solares.

Durante las últimas dos décadas, Las células solares orgánicas han atraído mucha atención gracias a su peso ligero, flexibilidad y una relación energía-peso sin precedentes de 10 a 20 W / g, lo que los convierte en un candidato prometedor para aplicaciones espaciales, aunque su estabilidad a la radiación aún se conoce poco.

Más temprano, un grupo de investigadores dirigido por el profesor de Skoltech Pavel Troshin estudió la estabilidad de radiación de las células solares de perovskita y demostró que los haluros de plomo complejos de la generación actual son demasiado sensibles a los rayos gamma para ser utilizados en el espacio. Los investigadores eran mucho más optimistas sobre las células solares orgánicas, que exhibió una excelente estabilidad a la radiación en su estudio reciente.

"Los polímeros conjugados que contienen carbazol seleccionados para el estudio garantizan una vida útil prolongada y una eficiencia de conversión de luz bastante alta de las células solares en condiciones terrestres estándar, como demostramos en 2015. En este documento, Examinamos el comportamiento de dos modelos de sistemas de polímeros de fullereno expuestos a rayos gamma. Uno de los dos sistemas mostró una estabilidad de radiación récord, con las células solares reteniendo más del 80% de su eficiencia inicial después de la exposición a 6, 500 Gy de rayos gamma, una dosis que se estima que reciben los satélites en órbita cercana a la Tierra durante 10 años o más. Este es solo uno de nuestros primeros logros en este impulso de investigación y buscaremos el desarrollo de células solares orgánicas aún más estables y eficientes para aplicaciones espaciales. "dice el primer autor del artículo, Ilya Martynov.

La alta estabilidad a la radiación revelada por las células solares orgánicas basadas en polímeros conjugados que contienen carbazol es indicativa de su extenso potencial espacial. con su peso ligero, flexibilidad y alta relación energía-peso que permiten una reducción significativa del peso del lastre y un aumento de la carga útil.

"El despliegue de velas solares espaciales hechas de células solares de plástico flexible representa una oportunidad atractiva para aumentar la potencia de los convertidores fotoeléctricos en los satélites, "dice el profesor Troshin.