Созданы долговечные солнечные батареи для космоса
Американские физики использовали селенид молибдена, перспективный двумерный материал, для создания долговечных, легковесных и высокоэффективных солнечных батарей, способных работать в открытом космосе на протяжении длительного времени.
Постепенно приходит осознание того, что двумерные материалы на базе соединений галогенов являются очень перспективными для разработки фотоэлектронных устройств, максимально приспособленных для работы в космосе. В частности, созданные учеными университета Пенсильвании в Филадельфии солнечные батареи примерно в сто раз легче, чем их аналоги на базе кремния или арсенида галлия.
За последние годы ученые создали большое число новых типов солнечных батарей на базе различных органических соединений и наноструктур, которые значительно превосходят их кремниевые и галлий-арсенидные аналоги по эффективности работы. Эти источники питания нашли широкое применение на Земле, однако в космосе большинство из них невозможно применять из-за того, что они быстро выходят из строя.
Ученые выяснили, что этого недостатка лишены фотоэлементы, созданные на базе еще одного нового материала, двухмерной формы селенида молибдена. В прошлом ученые уже пытались использовать его для создания солнечных батарей, однако КПД таких источников питания во всех случаях оказывался очень низким, около 2-6%, что мешало их применению на практике.
Американским физикам удалось нарастить этот показатель до 12% благодаря тому, что им удалось максимально точно просчитать поведение квазичастиц экситонов, возникающих внутри двумерного материала при его облучении светом. Экситонами ученые называют комбинацию из электрона и “дырки”, области с положительным зарядом, которая возникает внутри материала после того, как занимающий ее электрон выбивается частицей света.
Ученые просчитали то, как быстро электроны и “дырки” соединяются друг с другом, что обычно приводит к образованию вспышки света и к потере энергии солнечной батареи. Результаты этих расчетов позволили ученым подобрать такую архитектуру фотоэлемента, при которой “дырки” и электроны максимально эффективно разделялись, в результате чего КПД солнечной батареи на базе селенида молибдена в несколько раз вырос.
Благодаря этому созданные учеными прототипы солнечных батарей на базе этого двумерного материала достигли рекордно удельной отдачи энергии, превышающей 100 Вт на грамм материи фотоэлемента. Это выгодно отличает эти источники питания от уже применяющихся в космосе полупроводниковых солнечных батарей, которым для получения схожих количеств энергии требуется в десятки и сотни раз больше массы.
Как отмечают исследователи, сейчас они работают над созданием технологий, которые позволяли бы собирать такие источники питания не вручную, как это делают американские физики, а печатать крупные трехмерные конструкции из множества слоев двумерных материалов и электродов. Решение этой задачи позволит массово производить и использовать легкие и эффективные космические солнечные батареи на базе соединений галогенов.
Источник: nauka.tass.ru
