Перовскиты - это материал, используемый в типе солнечных элементов, которые представляют собой устройства, преобразующие свет в электрическую энергию. Ян Селлерс, физик из Университета Оклахомы и соавтор статьи, сказал, что перовскитные солнечные элементы вызывают ажиотаж в сообществе фотоэлектриков из-за их быстро растущей производительности и высокой устойчивости к радиации, что позволяет предположить, что они могут быть использованы для обеспечения энергией космических спутников и космических аппаратов.

Селлерс, который также является президентским профессором имени Теда С. Уэбба на факультете физики и астрономии имени Гомера Л. Доджа в Семейном колледже искусств и наук Доджа и заместителем директора Научно-исследовательского института фотовольтаики в Оклахоме, наставлял нескольких аспирантов и постдокторского исследователя в этой области. Бывший постдокторант лаборатории Селлера Брэндон Дюрант в настоящее время является членом Национального исследовательского совета, проживающим в Научно-исследовательской лаборатории ВМС США, и является одним из соавторов статьи.

"Перовскиты вызывают интерес у многих людей в сообществе фотоэлектриков, потому что этот новый материал для солнечных элементов может достигать высокой эффективности и делает это быстро и относительно просто", - сказал Селлерс. "Но у этих материалов также есть серьезные проблемы с точки зрения стабильности и выхода, особенно в атмосферных условиях - влага, кислород разрушают этот материал, поэтому было интересно, что нашлось несколько человек, которые предположили, что, несмотря на эти проблемы земной нестабильности, эта система оказалась радиационно устойчивой и подходящей для космоса".

"Термин "жесткая радиация" используется исследователями для описания того, насколько сильно повреждается объект или устройство в космической среде", - сказал Джозеф Лютер, старший научный сотрудник группы химических материалов и нанонауки Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии. "Это интересно, особенно с перовскитными материалами, потому что полупроводники, как известно, мягкие, однако радиационная твердость просто означает, что они могут переносить дефекты, вызванные излучением, без быстрого снижения производительности".

Проблема, которую команда из OU, NREL и Университета Северного Техаса намеревалась решить, заключалась в том, насколько применимы стандартные космические испытания солнечных элементов для перовскитов.

"Мы обнаружили, что перовскиты устойчивы к радиации, но не по тем причинам, в которые многие верили", - сказал Селлерс. "Мы обнаружили, что сообщество в целом не тестирует их должным образом. Перовскиты - это тонкие пленки, и они также очень мягкие, поэтому, если вы используете космические протоколы, разработанные для традиционных солнечных элементов, взаимодействие частиц высокой энергии незначительно, а это означает, что перовскиты выглядели радиационно твердыми, потому что, по нашему мнению, они не были протестированы должным образом ".

Чтобы разработать новый способ проверки перовскитов, Дюрант работал с Бибхудуттой Раут, адъюнкт-профессором физического факультета университета штата Техас в Дентоне, чтобы измерить радиационную стойкость солнечных элементов при различных условиях или радиационном воздействии.

"Мы начали проводить эти очень целенаправленные тесты на радиационную зависимость, контролируемо останавливая эти частицы в разных частях солнечного элемента", - сказал Селлерс. "Таким образом, вместо того, чтобы использовать частицы с очень высокой энергией, мы использовали частицы с более низкой энергией, в частности протоны, поскольку они более вредны для перовскитов и очень распространены в космосе, бомбардируя солнечные элементы и другие материалы в космосе при низких энергиях. Когда мы сделали это, мы подтвердили, что перовскиты действительно очень устойчивы к радиации, потому что они мягкие и не очень плотные, поэтому, когда они повреждены, они быстро заживают ".

Селлерс сравнивает этот эффект с ушатом воды. Вода вначале кажется неподвижной. Вы можете разбрызгивать воду, чтобы создать хаос, но как только плеск прекратится, она снова станет спокойной.

"Эти перовскиты очень близки к тому, чтобы быть похожими на жидкость, поэтому, когда они повреждены, они самовосстанавливаются", - сказал он. "Перовскиты, подобно ванне с водой, будут неупорядочены и повреждены в космосе, но также очень быстро осядут или заживут и вернутся в нормальное состояние. Что мы сделали, так это создали протокол, набор условий, при которых перовскитные ячейки должны быть протестированы перед отправкой в космос, чтобы мировое сообщество тестировало эти материалы должным образом и таким же образом ".

Применение этого исследования открывает множество возможностей. Одна из областей, представляющих исследовательский интерес, включает исследование использования перовскитов в постоянных установках на Луне, в частности, вопрос о том, можно ли отправить легкие гибкие перовскиты в космос в сложенном виде и успешно развернуть там или даже изготовить на Луне.

Аналогичным образом, будущие исследования могли бы изучить полезность перовскитных солнечных элементов для космических полетов к планетам, подобным Юпитеру, которые имеют интенсивную радиационную среду, или для спутниковых полетов на полярных орбитах с высоким уровнем радиации.

"Космическая квалификация нового материала определяется требованиями миссии", - сказал инженер-исследователь НАСА Гленн и соавтор Линдси Макмиллон-Браун. "Эта работа так важна, потому что мы исследуем реакцию перовскитов на излучение, наиболее подходящее для приложений, в которых НАСА больше всего заинтересовано".

"Объединение усилий и определение некоторых протоколов, с которыми федеральное и коммерческое космическое сообщество согласились относительно того, как их следует тестировать, является значительным шагом вперед, который является новаторским в том, как перовскиты могут быть развернуты в космосе", - сказал Селлерс.