Eine ultradünne Schutzbeschichtung erweist sich wie hinlänglich, um eine Perowskit-Solarzelle vor den schädlichen Auswirkungen des Weltraums zu schützen und sie gegen Umwelteinflüsse aufwärts welcher Muttererde zu härten, so eine neu veröffentlichte Studie des Patriotisch Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums.
Die NREL-Wissenschaft wurde vom Operational Energy Capability Improvement Fund (OECIF) des US-Verteidigungsministeriums finanziert und zu Händen dasjenige Air Force Research Laboratory (AFRL) durchgeführt, um kostengünstige innovative Energiequellen zu Händen die weltweite Stromversorgung welcher Streitkräfte zu gedeihen.
Die Wissenschaft ist welcher jüngste Versuch, die Wirksamkeit von Perowskiten zu Händen den Kapitaleinsatz in Weltraumanwendungen zu erzwingen, wo sie Protonen, Alpha-Partikeln, atomarem Sauerstoffgas und anderen Stressoren ausgesetzt wären. Die Möglichkeit, Perowskite zur Stromproduktion im Weltraum zu verwenden, ist verlockend, da sie eine kostengünstigere und leichtere Vorkaufsrecht zu Händen andere Technologien mit dem Potenzial eröffnen, ähnliche Wirkungsgrade wie aktuelle Weltraum-PV-Technologien zu hinhauen.
Wie aufwärts welcher Muttererde zu tun sein Perowskit-Solarzellen eine entsprechende Haltbarkeit besitzen. Die Umgebung im Weltraum ist jedoch erheblich zwei Paar Schuhe. Während die größten Herausforderungen aufwärts welcher Muttererde mit dem Wetter zusammenhängen, zu tun sein Perowskite im Weltraum die Probleme losmachen, die durch Strahlungsbeschuss und extreme Temperaturschwankungen entstehen. Perowskite zeigen Beleg einer besseren Strahlungstoleranz wie viele andere Solarzellen, immerhin es zu tun sein noch viele Tests durchgeführt werden.
Forscher führten im vergangenen Jahr Simulationen durch, um zu vormachen, wie sich die Strahlenbelastung im Weltraum aufwärts Perowskite auswirken würde. Sie stellten hold, dass die Technologie welcher nächsten Generation im Weltraum funzen würde, wiesen jedoch aufwärts die Notwendigkeit hin, die Zelle aufwärts jedwede Weise einzukapseln, um zusätzlichen Sicherheit zu eröffnen.
In welcher Folgeforschung sagte Ahmad Kirmani, Hauptautor des neuesten Artikels von Nature Energy, dass Simulationen zeigten, dass eine mikrometerdicke Schicht aus Siliziumoxid die Nützlichkeit erhalten und die Nutzungsdauer von Perowskit-Solarzellen im Weltraum verlängern würde. Zum Vergleich: Die Mikron dicke Schicht ist etwa 100-mal dünner wie ein typisches menschliches Matte.
Kirmani sagte, die Siliziumoxidschicht könne dasjenige Hantel herkömmlicher Strahlungsbarrieren, die zu Händen andere Solarzellen verwendet werden, um mehr wie 99 % reduzieren und diene wie erster Schritttempo zur Entwicklungsprozess leichter und kostengünstiger Verpackungen zu Händen Perowskite.
Hochenergetische Protonen wandern durch Perowskit-Solarzellen, ohne viel Schaden anzurichten. Niederenergetische Protonen sind jedoch im Weltraum häufiger anzutreffen und urteilen mehr Salat aufwärts Perowskit-Zellen an, während sie Atome aus welcher Status züchtigen und dazu münden, dass welcher Wirkungsgrad stetig abnimmt. Die niederenergetischen Protonen interagieren viel leichter mit Materie, und dasjenige Hinzufügen welcher Siliziumoxidschicht schützte den Perowskit vor Schäden, selbst durch die niederenergetischen Protonen.
„Wir dachten, es wäre unmöglich, dass dasjenige Siliziumoxid Sicherheit vor vollwertig eindringenden Teilchen mit großer Reichweite wie den hochenergetischen Protonen und Alpha-Teilchen bietet“, sagte Kirmani. „Wirklich erwies sich die Oxidschicht gleichfalls dagegen wie stupend gute Hürde.“
Die Ergebnisse sind im Begleiter „Metalloxid-Barriereschichten zu Händen terrestrische und weltraumgestützte Perowskit-Photovoltaik“ detailliert beschrieben. Die Cobalt-Autoren sind David Ostrowski, Kaitlyn VanSant, Rosemary Bramante, Karen Heinselman, Jinhui Tong, Gesichtsfotze Stevens, William Nemeth, Kai Zhu und Joseph Luther von NREL; und mehrere wichtige Mitwirkender, die mit dem Team welcher University of North Texas und welcher University of Oklahoma zusammenarbeiten. VanSant hat die einzigartige Status eines Postdoktoranden zusammen mit welcher Nationale Luft- und Raumfahrtbehörde, welcher am NREL forscht.
Die Forscher fanden hervor, dass die Exposition oppositionell einem Strom niederenergetischer Protonen dazu führte, dass ungeschützte Perowskit-Solarzellen nur etwa 15 % ihrer ursprünglichen Nützlichkeit verloren. Eine größere Konzentration von Partikeln zerstörte die Zellen, während die geschützten Perowskite zeigten, welches die Wissenschaftler wie „eine bemerkenswerte Widerstandsfähigkeit“ bezeichneten. Mit welcher einfachen Hürde zeigten die Zellen keine Schäden.
Die Forscher machten die Zellen nicht nur widerstandsfähiger im Weltraum, sondern testeten gleichfalls, wie die Hürde in konventionelleren Anwendungen Vorteile eröffnen könnte. Anschließend setzten sie die Perowskit-Solarzellen mehrere Tage weit einer unkontrollierten Feuchtigkeits- und Temperaturumgebung aus, um die Lagerbedingungen nachzuahmen. Die geschützten Zellen behielten ihre anfängliche Nützlichkeit von 19 %, während die ungeschützten Zellen eine signifikante Verschlechterung von 19,4 % aufwärts 10,8 % zeigten. Die Oxidschicht bot gleichfalls Sicherheit, wenn andere Perowskit-Zusammensetzungen, die typischerweise feuchtigkeitsempfindlicher waren, Wasser ausgesetzt wurden.
Außerdem wurden die Perowskit-Solarzellen einer Testkammer ausgesetzt, in welcher sie mit ultravioletten Photonen bombardiert wurden, homolog welcher Umgebung in einer erdnahen Umlaufbahn. Die Photonen interagierten mit Sauerstoffgas, um atomaren Sauerstoffgas zu erzeugen. Die ungeschützten Zellen wurden nachdem acht Minuten zerstört. Die geschützten Zellen behielten ihre anfängliche Wirkmächtigkeit nachdem 20 Minuten zusammen mit und hatten nur verschmelzen leichten Senkung nachdem 30 Minuten.
Die Simulationen und Experimente zeigten, dass durch die Reduzierung welcher Strahlungsschäden die Nutzungsdauer welcher geschützten Solarzellen, die in welcher Erdumlaufbahn und im Weltraum eingesetzt werden, von Monaten aufwärts Jahre verlängert werden würde.
„Leistungsumwandlungseffizienz und Betriebsstabilität von Perowskit-Solarzellen waren bisher die beiden Hauptschwerpunkte welcher Netzwerk“, sagte er. „Wir nach sich ziehen große Fortschritte gemacht und ich denke, wir sind weit an dem Zähler angelangt, an dem wir den zu Händen die Industrialisierung erforderlichen Zielen ziemlich nahe kommen könnten. Um diesen Markteintritt jedoch wirklich zu zuteil werden lassen, ist die Verpackung dasjenige nächste Ziel.“
Da Perowskit-Solarzellen aufwärts einem flexiblen Trägermaterial verlassen werden können, ermöglicht die aufkommende Technologie in Zusammenhang mit welcher Schutzschicht aus Siliziumoxid ihre Verwendung zu Händen verschiedene terrestrische Anwendungen wie den Antrieb von Drohnen.
NREL ist dasjenige wichtigste nationale Laboratorium des US-Energieministeriums zu Händen Wissenschaft und Entwicklungsprozess im Domäne erneuerbare Energien und Energieeffizienz. NREL wird zu Händen DOE von welcher Alliance for Sustainable Energy LLC betrieben.
Forschungsbericht: Metalloxid-Barriereschichten zu Händen terrestrische und weltraumgestützte Perowskit-Photovoltaik
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Nationales Laboratorium zu Händen erneuerbare Energien
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Stabilität von Perowskit-Solarzellen erreicht nächsten Postmeilensäule
Hauptstadt von Deutschland, Deutschland (SPX) 27. Januar 2023
Die Materialklasse welcher Halogenid-Perowskite gilt wie große Hoffnung aufwärts noch mehr Solarstrom zu noch geringeren Preis. Die Materialien sind sehr günstig, lassen sich mit minimalem Energieaufwand zu dünnen Schichten verarbeiten und hinhauen schon Wirkungsgrade, die klar übrig denen herkömmlicher Silizium-Solarzellen liegen. b>Dasjenige Ziel: 20 Jahre Outdoor-Stabilität br> /b> Es wird jedoch erwartet, dass Solarmodule unter Outdoor-Bedingungen mindestens 20 Jahre weit eine stabile Leistung erbringen, während sie hohen Temperaturf … weiterlesen
