Учёные из Университета Сиднея и Центра ускорительных наук разработали перовскитные солнечные панели с функцией самовосстановления при повреждении космической радиацией. Наработки австралийских исследователей позволят сделать источники энергии для спутников и космических кораблей более надёжными и стойкими к эксплуатации в условиях открытого космоса.

Перовскитные солнечные панели представляют особый интерес для аэрокосмической отрасли, поскольку они относительно доступны в изготовлении, весят меньше классических кремниевых панелей и активно развиваются с точки зрения эффективности преобразования солнечного излучения в электроэнергию. Однако одним из наиболее серьёзных недостатков фотоэлементов данного типа является их хрупкость и ускоренный износ под воздействием экстремальных внешних факторов, коих более чем достаточно в космическом вакууме. В интересах дальнейшего развития индустрии инженерам нужны солнечные панели, способные с лёгкостью выдерживать «бомбардировку» высокоэнергичными и тяжёлыми частицами – протонами. Вся космическая аппаратура подвержена воздействию солнечного ветра – двигающихся со скоростью 300-1500 км/ч заряженных частиц, преимущественно протонов, потому чрезвычайно важно делать оборудование устойчивым к подобным явлениям.

В лабораторных условиях австралийские учёные сымитировали эффект протонного облучения на протяжении десятков и даже сотен лет, чтобы проверить, как различные варианты субстратов для перовскитных солнечных панелей, предназначенных для оборудования спутников, переносят радиацию. В ходе эксперимента исследователи обнаружили, что наибольшую роль в способности фотоэлементов противостоять разрушающему действию солнечной радиации играет так называемый материал транспорта дырок (hole transport material / далее – HTM). Именно этот слой определяет конфигурацию движения дырок – точек незаполненной валентной связи, которые образуются на месте выбитых фотонами электронов и проявляют себя как положительный заряд, численно равный заряду электрона. Для генерирования электроэнергии необходимо, чтобы эти дырки равномерно располагались в толще фотоэлемента.

По итогам эксперимента учёные выделили два типа HTM и один допант (модифицирующую добавку, повышающую удельную электрическую проводимость материала), которые лучше всего противостоят повреждениям, вызванным действием протонной радиации. Кроме того, исследователи обнаружили, что при правильной конфигурации эти материалы заставляют солнечные панели «заживлять» повреждения, восстанавливая до 100% оригинальной эффективности. При этом заживление происходит за счёт процесса отжига – термической обработки материала в условиях вакуума. Более того, этот процесс может протекать сугубо под воздействием солнечного тепла. Таким образом, солнечное излучение может одновременно питать солнечные панели и «чинить» их. По словам наноинженера Аниты Хо-Бейли из Университета Сиднея, для оборудования реальных спутников солнечными панелями с функцией самовосстановления нужны дополнительные исследования и испытания, однако текущие наработки уже наглядно демонстрируют, что это вполне реально.