Pesquisadores da Universidade de Oklahoma, do Laboratório Nacional de Energia Renovável, da Universidade do Norte do Texas, do Centro de Pesquisa Glenn da NASA e vários colaboradores da comunidade de energia espacial, publicaram recentemente um artigo na revista Joule que descreve as condições ideais para testar células solares de perovskita para o espaço.
As perovskitas são um material utilizado em um tipo de célula solar, que são dispositivos que convertem luz em energia elétrica. Ian Sellers, físico da Universidade de Oklahoma e coautor do artigo, disse que as células solares de perovskita estão criando entusiasmo na comunidade fotovoltaica devido ao seu desempenho cada vez maior e sua alta tolerância à radiação, o que sugere que elas podem ser usadas para fornecer energia para satélites espaciais e naves espaciais.

Sellers, que também é Professor Presidencial Ted S. Webb no Departamento de Física e Astronomia Homer L. Dodge na Faculdade de Artes e Ciências da Família Dodge, e diretor associado do Instituto de Pesquisa Fotovoltaica de Oklahoma, orientou vários estudantes de pós-graduação e pesquisador de pós-doutorado nesta área. O ex-pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Seller, Brandon Durant, é agora um bolsista do Conselho Nacional de Pesquisa que reside no Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA e é um dos coautores do artigo.

“As perovskitas são excitantes para muitas pessoas na comunidade fotovoltaica porque este novo material de célula solar pode atingir altas eficiências e o fez de forma rápida e relativamente simples”, disse Sellers. "Mas esses materiais também têm problemas significativos em termos de estabilidade e rendimento, particularmente em condições atmosféricas - umidade, oxigênio degradam esse material, então foi interessante que algumas pessoas sugeriram que, apesar desses problemas de instabilidade terrestre, esse sistema parecia radiação duro e apropriado para o espaço."

"O termo 'radiação forte' é usado por pesquisadores para descrever quanto dano ocorre em um objeto ou dispositivo quando é um ambiente espacial", disse Joseph Luther, cientista sênior da equipe de materiais químicos e nanociência do Laboratório Nacional de Energia Renovável. . “É interessante, especialmente com materiais de perovskita, porque os semicondutores são conhecidos por serem macios, no entanto, a dureza da radiação significa apenas que eles podem tolerar os defeitos induzidos pela radiação sem uma rápida degradação no desempenho”.

O problema que a equipe da OU, NREL e da Universidade do Norte do Texas se propôs a resolver foi como os testes espaciais padrão de células solares são aplicáveis ​​para as perovskitas.

"O que descobrimos foi que as perovskitas são resistentes à radiação, mas não pelas razões que muitos acreditavam", disse Sellers. "Descobrimos que a comunidade em geral não os está testando adequadamente. As perovskitas são filmes finos e também muito macios; portanto, se você usar os protocolos espaciais desenvolvidos para células solares tradicionais, a interação de partículas de alta energia é insignificante, o que significa as perovskitas olharam para a radiação porque não estavam, em nossa opinião, sendo testadas adequadamente."

Para desenvolver uma nova maneira de testar as perovskitas, Durant trabalhou com Bibhudutta Rout, professor associado do Departamento de Física da UNT em Denton, Texas, para medir a dureza da radiação das células solares sob diferentes condições ou exposição à radiação.

"Começamos a fazer esses testes de dependência de radiação muito direcionados, parando de forma controlada essas partículas em diferentes partes da célula solar", disse Sellers. "Então, em vez de usar partículas de energia muito alta, estávamos usando partículas de energia mais baixa, especificamente prótons, uma vez que são mais prejudiciais para as perovskitas e são muito prevalentes no espaço, bombardeando células solares e outros materiais no espaço em baixas energias. Quando fizemos isso, confirmamos que as perovskitas realmente são muito duras devido à radiação porque são macias e não são muito densas, então quando são danificadas, elas curam rapidamente."

Os vendedores comparam o efeito a uma banheira de água. A água começa como ainda. Você pode espirrar a água para criar o caos, mas ela voltará à quietude assim que o respingo parar.

"Essas perovskitas são muito parecidas com um líquido, então, quando são danificadas, elas se autocuram", disse ele. "As perovskitas, como uma banheira de água, serão desordenadas e danificadas no espaço, mas também se estabelecerão ou curarão muito rapidamente e voltarão ao normal. O que fizemos foi criar um protocolo, um conjunto de condições que as células da perovskita devem serão testados antes de irem para o espaço, para que a comunidade global esteja testando esses materiais adequadamente e da mesma maneira."

As inscrições para esta pesquisa abrem um leque de possibilidades. Uma área de interesse de pesquisa inclui a investigação do uso de perovskitas em instalações permanentes na Lua, especificamente se as perovskitas leves e flexíveis poderiam ser enviadas para o espaço dobradas e implantadas com sucesso lá, ou mesmo feitas na lua.

Da mesma forma, pesquisas futuras poderiam explorar a utilidade das células solares de perovskita para missões espaciais a planetas como Júpiter, que têm um ambiente de radiação intensa ou para missões de satélite em órbitas polares com altos níveis de radiação.

“A qualificação espacial de um novo material é impulsionada pelos requisitos da missão”, disse a engenheira e coautora da NASA Glenn Research, Lyndsey McMillon-Brown. “Este trabalho é tão importante porque estamos investigando a resposta das perovskitas à radiação mais relevante para as aplicações nas quais a NASA está mais interessada”.

“Ao se reunir e definir alguns protocolos com os quais a comunidade espacial federal e comercial concordaram sobre a maneira como eles devem ser testados, é um passo significativo à frente, pioneiro em como as perovskitas podem ser implantadas no espaço”, disse Sellers.

"Contagem regressiva para o lançamento espacial de perovskita:diretrizes para realizar experimentos de dureza de radiação relevantes" foi publicado em Joule em 11 de abril de 2022. O estudo foi liderado por Luther e realizado predominantemente por Ahmad Kirmani, pesquisador de pós-doutorado no NREL, e Durant. + Explorar mais

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