Коллектив российских ученых усовершенствовал фото- и радиационную стабильность перовскитных солнечных панелей, что позволит их использовать в открытом космосе и на спутниках, летающих на околоземной орбите. Эти новые панели могут заменить более дорогостоящие кремниевые варианты, так как они способны прослужить от трех до десяти лет. Это значительный прорыв, и Россия может стать одним из первопроходцев в использовании перовскитных панелей в космосе.
«Сегодня в открытом космосе используют преимущественно кремниевые солнечные панели, потому что они более устойчивы к сочетанию различных негативных факторов. Однако перовскитные панели имеют серьезные преимущества перед кремниевыми — они проще в изготовлении, дешевле и имеют более высокую радиационную стабильность», — объясняет руководитель группы молекулярной и гибридной электроники ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН Любовь Фролова.
Исследования показывают, что в отличие от Земли, где перовскитные ячейки быстро деградируют под воздействием кислорода, света и длительного нагрева, в космосе ситуация иная из-за отсутствия кислорода и коротких периодов нагрева и охлаждения. Главной задачей для ученых было обеспечить фотостабильность – снизить скорость деградации панелей под воздействием фотонов. Они достигли этого путем добавления европия, что улучшило работоспособность перовскитных ячеек по трем параметрам: свету, гамма-излучению и электронам. Это позволило увеличить показатели фото- и радиационной стабильности в 1.5–2 раза.
«Перовскитные солнечные ячейки с добавлением европия могут работать 2–3 года без существенной деградации под фотоизлучением. Это сравнимо со временем жизни работающих сегодня в космосе кремниевых солнечных панелей. Но при этом нам удалось повысить радиационную стабильность. Она намного выше, чем у кремниевых панелей: эксперименты показали, что перовскитные панели начинают деградировать под воздействием только очень больших доз радиации, характерных для пребывания на орбите вплоть до 10 лет. То есть перовскитные ячейки прекрасно подойдут для работы в космосе, потому что они эффективные, дешевые и стабильные», — отметил заведующий лабораторией фотовольтаических материалов Уральского федерального университета Иван Жидков.
По словам ученого, перовскитные солнечные панели в шесть раз эффективнее кремниевых: они производят до 20 Вт энергии на один грамм веса, в то время как у кремниевых этот показатель составляет 3 Вт/г.
В России исследованием перовскитных панелей для использования в космосе занимаются ученые из Черноголовки и Екатеринбурга. Над созданием подобных панелей для космических приложений также работают ученые в США, Японии и Китае. В Японии уже запущены пилотные, хоть и ограниченные проекты, а в США проводят первые испытания аналогичных панелей на модуле NASA МКС.
«Мы в этом плане идем с коллегами почти вровень. В NASA тоже разработали аналогичные ячейки, но немного по другой технологии и с другими показателями. Их сейчас испытывают на МКС. Наша цель — в 2026 году запустить российские спутники с отечественными перовскитными панелями», — заключает Иван Жидков.
Ученые верят, что дальнейшее развитие этого исследования поможет коммерциализировать перовскитные панели для применения в космосе.
В проведении исследования приняли участие ученые ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН, а также ученые Уральского федерального университета, Института физики металлов УрО РАН и Харбинского технологического института.
