Voidaanko kalsium-titaanimalmia sisältäviä aurinkokennoja käyttää avaruudessa?

Saksalaiset tutkijat ovat ensimmäistä kertaa lähettäneet raketin avulla avaruuteen kalsiumtitaniittiaurinkopaneelin ja orgaanisen aurinkokennon. Aurinkokennot ovat kestäneet avaruuden ääriolosuhteet, ja ne tuottavat energiaa suorasta auringonvalosta ja maan pinnalta heijastuvasta valosta. Joule-lehdessä hiljattain julkaistu tutkimus luo pohjan tuleville maanläheisille sovelluksille ja mahdollisille avaruuslennoille.

Yksi avaruuslentojen tavoitteista on minimoida rakettien kuljettamien laitteiden paino. Vaikka avaruuslentoihin ja satelliitteihin nykyisin käytetyt epäorgaaniset piiaurinkopaneelit ovat erittäin tehokkaita, ne ovat hyvin tilaa vieviä ja jäykkiä. Kalsiumtitaniittiaurinkopaneelien ja orgaanisten aurinkokennojen hybridit, jotka ovat kehittyviä teknologioita, ovat ihanteellisia ehdokkaita tuleviin sovelluksiin, koska ne ovat uskomattoman kevyitä ja joustavia.

"Tällä alalla ei ole merkitystä hyötysuhteella vaan painoyksikköä kohti tuotetun sähkön määrällä, jota kutsutaan myös tehokertoimeksi." Peter Müller-Buschbaum, vanhempi kirjoittaja Münchenin teknisestä yliopistosta, sanoi: "Raketin lennon aikana tämä uusi aurinkokenno tuottaa 7-14 mW/cm2 tehoa."

Artikkelin ensimmäinen kirjoittaja Lennart Reb Münchenin teknisestä yliopistosta totesi: "Jos kilogramma aurinkokennoja siirrettäisiin ultraohuelle kalvolle, se kattaisi yli 200 neliömetrin alueen ja tuottaisi tarpeeksi sähköä 300 tavalliselle 100 watin hehkulampulle. Tämä on yli 10 kertaa enemmän kuin nykyinen tekniikka."

Kesäkuussa 2019 raketti laukaistaan Pohjois-Ruotsissa, se nousee avaruuteen ja nousee 240 kilometrin korkeuteen. Hyötykuormaan sijoitetut kalsiumtitaniittiaurinkopaneelit ja orgaaniset aurinkokennot kestivät menestyksekkäästi raketin lennon ääriolosuhteet - laukaisun rytinästä ja korkeista lämpötiloista voimakkaisiin UV-säteisiin ja ultrakorkeaan tyhjiöön avaruudessa. "Raketin laukaisu oli suuri askel eteenpäin, ja raketin kyydissä oli kuin astuisi eri maailmaan." "Raketin laukaisu oli todella kuin astuisi eri maailmaan." Reb sanoi.

Voivatko kalsiumtitaaniaurinkokennot tuottaa sähköä myös silloin, kun ne eivät ole suoraan alttiina auringonvalolle?

Kalsiumtitaniittiaurinkopaneelit ja orgaaniset aurinkokennot toimivat tehokkaasti avaruudessa, mutta myös hämärässä. Kun suoraa valoa ei ole, perinteiset aurinkokennot lakkaavat yleensä toimimasta ja niiden teho laskee nollaan. Tutkimusryhmä havaitsi kuitenkin, että jopa ilman suoraa altistumista auringonvalolle maan pinnasta heijastuva heikko hajavalo voi lisätä kalkogenidiaurinkopaneelien ja orgaanisten aurinkokennojen energiantuottoa.

"Tämä on hyvä vihje ja vahvistaa, että tätä teknologiaa voidaan käyttää niin sanotuissa syväavaruuslentoihin liittyvissä tehtävissä, eli lähettämällä ne kauas auringosta avaruuteen, jossa tavalliset aurinkokennot eivät toimi." Müller-Buschbaum sanoi: "Tämän tekniikan tulevaisuus on todella jännittävä, ja näitä aurinkokennoja voitaisiin käyttää monissa avaruuslentoihin liittyvissä tehtävissä tulevaisuudessa."

Kalkogenidiaurinkokennosarja:

 (A) Monoliittisen yhteenliitetyn PSM:n kaaviokuva, (B) Ristikkorakenteisen PSM:n kaaviokuva, (C) Monoliittisten ja ristikkorakenteisten yhteenliitosten avulla rakennettujen PSM:ien mahdolliset sovellukset.

Kuten kuvasta käy ilmi, kalkogenidiaurinkokennon rakenne on seuraava