俄罗斯新研制的有机太阳能电池可在太空中使用十年之久

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从第一颗卫星电池只维持20 几天寿命、到现在俄罗斯科学家开发出基于高分子化合物的太空有机太阳能电池,将能承受大于6,000 Gy 的伽马辐射量,有机会在低地轨道上存活10 年或更长时间。

约60 年前,前苏联发射了全球第一颗卫星「斯普特尼克1 号」,其无线电3 个频率信号可以被世界各地的监测站接收。然而不到1 个月,无线电发送器就耗尽了电池电量,重点是这颗电池还很大,占了卫星大部分重量,从此以后大家记取教训,卫星都改成携带太阳能电池。

而基于元素周期表中A3B5 族元素的硅太阳能电池、光电转换器最为常见,不过它们也有缺点,比如重量大、且容易受到电离辐射影响,虽然高能粒子流可以被屏蔽,但伽马​​射线穿透力更高、更难以控制,常导致无机半导体晶体结构形成缺陷,让性能严重退化、太阳能电池效率快速衰减。

早些时候,由俄罗斯斯柯尔科弗科学与科技研究院(Skolkovo Institute of Science and Technology,Skoltech)Pavel Troshin 教授领导的团队,研究过钙钛矿太阳能电池的辐射稳定性,然而结果表明当前的卤化铅(lead halide)对伽马射线太敏感,因此过去20 年来,有机太阳能电池由于重量轻、灵活性和高达10~20 W/g 的能量重量比而备受太空产业关注。

虽然科学家对有机太阳能电池的辐射稳定性依然知之甚少,但最近其他研究表明它们具有极佳辐射稳定性。2015 年时,新论文第一作者Ilya Martynov 团队曾经证明含咔唑有机物的共轭聚合物(conjugated polymer)太阳能电池,具有相当高的光转换效率和长寿命。

在最新研究中,团队进一步设计基于富勒烯衍生物(fullerene derivative)的太阳能电池,将之暴露在伽马射线下,发现辐射稳定性比过往纪录都还要高,电池在暴露于6,500Gy 伽马射线量后还能保持初始效率的80% 以上。

富勒烯衍生物常在高分子太阳能电池元件中作为良好电子受体,随着发展这些更稳定高效的有机太阳能电池,不只太空电池寿命有机会延长,还能减少卫星有效载荷,降低发射成本。

新论文发表在美国化学学会《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊。

本文来自网络,不代表黑科技立场,转载请注明出处:https://www.108hei.com/archives/1038

作者: thinkou

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