Investigadores de la Universidad de Oklahoma, con el Laboratorio Nacional de Energía Renovable, la Universidad del Norte de Texas, el Centro de Investigación Glenn de la NASA y varios colaboradores dentro de la comunidad de energía espacial, han publicado recientemente un artículo en la revista Joule que describe las condiciones óptimas para probar las células solares de perovskita para el espacio.

Las perovskitas son un material utilizado en un tipo de celda solar, que son dispositivos que convierten la luz en energía eléctrica. Ian Sellers, físico de la Universidad de Oklahoma y coautor del artículo, dijo que las células solares de perovskita están creando entusiasmo en la comunidad fotovoltaica debido a su rápido aumento en el rendimiento y su alta tolerancia a la radiación, lo que sugiere que podrían usarse para proporcionar energía para satélites espaciales y naves espaciales.

Sellers, quien también es profesor presidencial Ted S. Webb en el Departamento de Física y Astronomía de Homer L. Dodge en el Dodge Family College of Arts and Sciences, y director asociado del Instituto de Investigación Fotovoltaica de Oklahoma, ha asesorado a varios estudiantes graduados y investigador postdoctoral en este campo. El antiguo investigador postdoctoral en el laboratorio de Seller, Brandon Durant, ahora es miembro del Consejo Nacional de Investigación y reside en el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. y es uno de los coautores del artículo.

"Las perovskitas son emocionantes para muchas personas en la comunidad fotovoltaica porque este nuevo material de celda solar puede alcanzar altas eficiencias y lo ha hecho de manera rápida y relativamente simple", dijo Sellers. "Pero estos materiales también tienen problemas significativos en términos de estabilidad y rendimiento, particularmente en condiciones atmosféricas:la humedad y el oxígeno degradan este material, por lo que fue interesante que algunas personas sugirieran que, a pesar de estos problemas de inestabilidad terrestre, este sistema parecía radiación. duro y apropiado para el espacio."

"Los investigadores utilizan el término 'radiación fuerte' para describir cuánto daño se produce en un objeto o dispositivo cuando se trata de un entorno espacial", dijo Joseph Luther, científico principal del equipo de materiales químicos y nanociencia del Laboratorio Nacional de Energía Renovable. . "Es interesante, especialmente con los materiales de perovskita, porque se sabe que los semiconductores son blandos; sin embargo, la dureza de la radiación solo significa que pueden tolerar los defectos inducidos por la radiación sin una degradación rápida del rendimiento".

El problema que el equipo de OU, NREL y la Universidad del Norte de Texas se propusieron resolver era qué tan aplicables son las pruebas espaciales estándar de las células solares para las perovskitas.

"Lo que descubrimos fue que las perovskitas son resistentes a la radiación, pero no por las razones que muchos creían", dijo Sellers. "Descubrimos que la comunidad en general no las está probando adecuadamente. Las perovskitas son películas delgadas y también son muy blandas, por lo que si usa los protocolos espaciales desarrollados para las células solares tradicionales, la interacción de las partículas de alta energía es insignificante, lo que significa las perovskitas parecían resistentes a la radiación porque, en nuestra opinión, no estaban siendo probadas adecuadamente".

Para desarrollar una nueva forma de probar las perovskitas, Durant trabajó con Bibhudutta Rout, profesora asociada del Departamento de Física de la UNT en Denton, Texas, para medir la dureza de la radiación de las células solares en diferentes condiciones o exposición a la radiación.

"Comenzamos a hacer estas pruebas de dependencia de la radiación muy específicas deteniendo de manera controlada estas partículas en diferentes partes de la celda solar", dijo Sellers. "Entonces, en lugar de usar partículas de muy alta energía, usamos partículas de baja energía, específicamente protones, ya que estos son más dañinos para las perovskitas y prevalecen mucho en el espacio, bombardeando células solares y otros materiales en el espacio a bajas energías. Cuando Hicimos esto, confirmamos que las perovskitas son muy resistentes a la radiación porque son suaves y no son muy densas, por lo que cuando se dañan, se curan rápidamente".

Sellers compara el efecto con una tina de agua. El agua comienza como quieta. Puede salpicar el agua para crear caos, pero volverá a la quietud una vez que deje de salpicar.

"Estas perovskitas están muy cerca de ser como un líquido, por lo que cuando se dañan, se curan solas", dijo. "Las perovskitas, como una tina de agua, se desordenarán y dañarán en el espacio, pero también se asentarán o sanarán muy rápidamente y volverán a la normalidad. Lo que hemos hecho es crear un protocolo, un conjunto de condiciones que deben cumplir las células de perovskita. ser probados antes de que vayan al espacio, para que la comunidad global esté probando estos materiales correctamente y de la misma manera".

Las aplicaciones para esta investigación abren un abanico de posibilidades. Un área de interés de investigación incluye la investigación del uso de perovskitas en instalaciones permanentes en la luna, específicamente en si las perovskitas flexibles y livianas podrían enviarse al espacio plegadas y desplegarse con éxito allí, o incluso fabricarse en la luna.

Asimismo, futuras investigaciones podrían explorar la utilidad de las células solares de perovskita para misiones espaciales a planetas como Júpiter que tienen un ambiente de radiación intensa o para misiones satelitales en órbitas polares con altos niveles de radiación.

"La calificación espacial de un nuevo material está impulsada por los requisitos de la misión", dijo Lyndsey McMillon-Brown, ingeniera y coautora de Glenn Research de la NASA. "Este trabajo es muy importante porque estamos investigando la respuesta de las perovskitas a la radiación más relevante para las aplicaciones que más le interesan a la NASA".

"Al unirse y definir algunos protocolos con los que la comunidad espacial comercial y federal han acordado sobre la forma en que deben probarse, es un importante paso adelante que es pionero en la forma en que las perovskitas podrían implementarse en el espacio", dijo Sellers.

"Cuenta regresiva para el lanzamiento espacial de perovskita:pautas para realizar experimentos relevantes de dureza de radiación" se publicó en Joule el 11 de abril de 2022. El estudio fue dirigido por Luther y realizado principalmente por Ahmad Kirmani, investigador postdoctoral en NREL, y Durant. + Explora más

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