Kan solceller av kalcium-titanmalm användas i rymden?
För första gången har tyska forskare skickat upp en solpanel av kalciumtitanit och en organisk solcell i rymden med en raket. Solcellerna har klarat de extrema förhållandena i rymden och genererar energi genom direkt solljus och reflekterat ljus från jordens yta. Forskningen, som nyligen publicerades i Joule, lägger grunden för framtida tillämpningar nära jorden och potentiella uppdrag i rymden.
Ett av målen för rymduppdrag är att minimera vikten på den utrustning som bärs av raketerna. De oorganiska kiselsolpaneler som för närvarande används för rymduppdrag och satelliter är mycket effektiva, men de är mycket skrymmande och styva. Hybridpaneler av kalciumtitanit och organiska solceller, som är ny teknik, är idealiska kandidater för framtida tillämpningar på grund av deras otroliga lätthet och flexibilitet.
"I den här branschen är det inte verkningsgraden som är viktig, utan mängden el som genereras per viktenhet, även kallad effektfaktor." Peter Müller-Buschbaum, seniorförfattare vid Münchens tekniska universitet, säger: "Under raketens flygning har den nya solcellen en effekt på 7 till 14 mW/cm2."
Lennart Reb från Münchens tekniska universitet, förste författare till artikeln, säger: "Om ett kilo solceller överförs till en ultratunn folie skulle den täcka en yta på mer än 200 kvadratmeter och generera tillräckligt med elektricitet för 300 vanliga 100-watts glödlampor. Detta är mer än 10 gånger mer än den nuvarande tekniken."
I juni 2019 skjuts raketen upp i norra Sverige, går ut i rymden och når en höjd av 240 kilometer. Solpanelerna i kalciumtitanit och de organiska solcellerna på nyttolasten klarade de extrema förhållandena under raketens flygning - från mullret och de höga temperaturerna vid uppskjutningen till de starka UV-strålarna och det ultrahöga vakuumet i rymden. "Raketuppskjutningen var ett stort steg framåt, och att åka med raketen var verkligen som att komma in i en annan värld." Reb sa.
Kan solceller av kalciumtitan fortfarande generera elektricitet när de inte direkt utsätts för solljus?
Solpaneler av kalciumtitanit och organiska solceller kan fungera effektivt i rymden, men även i svagt ljus. När det inte finns något direkt ljus slutar konventionella solceller vanligtvis att fungera och deras effekt blir noll. Teamet fann dock att även utan direkt exponering för solljus kan svagt diffust ljus som reflekteras från jordens yta öka energiproduktionen hos chalkogenid-solpaneler och organiska solceller.
"Detta är en bra vink och bekräftar att tekniken kan användas för så kallade djupa rymduppdrag, det vill säga att skicka dem långt bort från solen i rymden där vanliga solceller inte kan fungera." Müller-Buschbaum säger: "Framtiden för den här tekniken är verkligen spännande och vi skulle kunna använda solcellerna för många fler rymduppdrag i framtiden."
Chalkogenid-solcellsats:
(A) Schematisk bild av en monolitisk sammankopplad PSM, (B) Schematisk bild av en PSM med nätuppkoppling, (C) Potentiella tillämpningar av PSM:er byggda med monolitiska och nätuppkopplade sammankopplingar.
Som visas i figuren är strukturen för en chalkogenid-solcell