Cinco tipos diferentes de células solares fabricadas por equipos de investigación del Instituto de Tecnología de Georgia han llegado a la Estación Espacial Internacional (ISS) para probar su tasa de conversión de energía y su capacidad para operar en el duro entorno espacial como parte del MISSE-12. misión. Un tipo de celda, hecho de materiales orgánicos de bajo costo, no ha sido probado extensamente en el espacio antes.

Las células fotovoltaicas texturizadas basadas en nanotubos de carbono diseñadas para capturar la luz desde cualquier ángulo serán evaluadas por su capacidad para producir energía de manera eficiente, independientemente de su orientación hacia el sol. Otras celdas hechas de materiales de perovskita y un material de cobre-zinc-estaño-sulfuro (CZTS) de bajo costo, junto con un grupo de control de celdas tradicionales basadas en silicio, estarán entre los 20 dispositivos fotovoltaicos (PV) colocados en Materials International Instalación de vuelo experimental de la estación espacial en el exterior de la ISS para una evaluación de seis meses. Para dos de las celdas, el lanzamiento marcó su segundo viaje al espacio.

"Las preguntas de investigación son las mismas para todas las células fotovoltaicas:¿se pueden utilizar estos fotoabsorbedores de forma eficaz en el espacio?" dijo Jud Ready, ingeniero de investigación principal en el Georgia Tech Research Institute (GTRI), director asociado del Centro de Tecnología e Investigación Espacial de Georgia Tech, y subdirector del Instituto de Materiales de Georgia Tech. "Con esta prueba, obtendremos información sobre los mecanismos de degradación de estos materiales y podremos comparar su producción de energía en diversas condiciones ".

Las células solares orgánicas desarrolladas en el laboratorio del profesor Bernard Kippelen en Georgia Tech se procesan a bajas temperaturas utilizando procesos basados ​​en soluciones en grandes áreas para producir células con un absorbente que puede ser aproximadamente 200 veces más delgado que el ancho de un cabello humano.

"Con un peso muy bajo y valores de eficiencia de conversión de energía de hasta el 16%, las células solares orgánicas podrían producir valores de energía de cientos de miles de vatios por kilogramo de material activo, que es muy atractivo para aplicaciones espaciales, "dijo Kippelen, el profesor Joseph M. Pettit en la Facultad de Ingeniería Eléctrica e Informática. "Sin embargo, los efectos de la exposición continua de estos dispositivos en un entorno espacial no se han explorado a fondo. Nuestro interés está en investigar la robustez de las interfaces formadas en estos dispositivos en un entorno espacial, así como para mejorar nuestra comprensión de los mecanismos de degradación de las células solares orgánicas en el espacio ".

Las células solares planas tradicionales son más eficientes cuando la luz solar está directamente sobre su cabeza. Debido a que la dirección del flujo solar varía con la órbita, Los grandes vehículos espaciales como la ISS utilizan mecanismos de apuntamiento mecánicos para mantener las células correctamente orientadas. Esos mecanismos complejos crean problemas de mantenimiento, sin embargo, y son demasiado pesados ​​para su uso en naves espaciales muy pequeñas como CubeSats.

Para superar el problema de apuntar, El equipo de Ready desarrolló células solares con textura 3-D que pueden capturar de manera eficiente la luz solar que llega a diferentes ángulos. Las células usan "torres" hechas de nanotubos de carbono y cubiertas con material fotovoltaico para atrapar la luz que rebotaría en las células estándar cuando no están inclinadas hacia el sol.

"Con nuestra estructura que atrapa la luz, somos agnósticos al ángulo del sol, "dijo Ready." Nuestras células en realidad funcionan mejor en ángulos de mirada. En CubeSats, que permitirá una captura eficiente independientemente de la orientación del sol ".

Células de perovskita producidas en el laboratorio de Zhiqun Lin, profesor de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales, también será probado. Estos materiales tienen mecanismos de falla conocidos causados ​​por la absorción de humedad y oxígeno. "Estos dos mecanismos de falla no estarán presentes en el exterior de la Estación Espacial Internacional, por lo que esta prueba nos permitirá ver el desempeño de estos materiales sin esos problemas. Deberíamos poder determinar si estos problemas conocidos pueden estar enmascarando otras causas de degradación, "Listo dijo.

Los materiales CZTS son potencialmente células solares de próxima generación compuestas de bajo costo, Materiales abundantes en la tierra:cobre, zinc, estaño y azufre. Los materiales tienen un alto coeficiente de absorción y pueden ser resistentes a la radiación, útiles para aplicaciones espaciales, y ofrecen un atractivo equilibrio entre costo y rendimiento. Listo dijo.

Las células solares de silicio producidas por el Centro Universitario de Excelencia en Investigación y Educación Fotovoltaica en Georgia Tech proporcionarán una forma de comparar el rendimiento de las otras células. El laboratorio, dirigido por el profesor Regents Ajeet Rohatgi de la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática, proporcionó células de tipo p dopadas con boro con un emisor n + dopado con fósforo y un campo de superficie posterior p + dopado con aluminio.

"Estas células fotoabsorbentes de silicio servirán como controles para comparar el rendimiento de otros materiales fotoabsorbentes en el espacio, "dijo Rohatgi.

Las 20 células fotovoltaicas se unirán brevemente a otras tres células fabricadas por investigadores de Georgia Tech que ya están en la ISS. Esos tres y dos en la misión más nueva, fueron parte de un experimento de 2016 que no pudo registrar datos, aunque proporcionó información sobre los efectos del entorno espacial en las células solares.

Las células fotovoltaicas de Georgia Tech se lanzaron a la ISS el 2 de noviembre a bordo del S.S. Alan Bean, una nave espacial Northrop Grumman Cygnus de la instalación de la isla Wallops de la NASA, como parte de una misión de reabastecimiento de rutina. Para su prueba, las células fueron integradas en un paquete de prueba por Alpha Space Test &Research Alliance de Houston.

Además de los ya mencionados, el proyecto también incluyó a Canek Fuentes-Hernandez, Matthew Rager, Hunter Chan, Christopher Tran, Christopher Blancher, Zhitao Kang y Conner Awald y Brian Rounsaville, todo de Georgia Tech.