Cinco tipos diferentes de células solares fabricadas por equipes de pesquisa do Instituto de Tecnologia da Geórgia chegaram à Estação Espacial Internacional (ISS) para serem testadas quanto à sua taxa de conversão de energia e capacidade de operar no ambiente espacial hostil como parte do MISSE-12 missão. Um tipo de célula, feito de materiais orgânicos de baixo custo, não foi exaustivamente testado no espaço antes.

As células fotovoltaicas baseadas em nanotubos de carbono texturizadas projetadas para capturar luz de qualquer ângulo serão avaliadas por sua capacidade de produzir energia de forma eficiente, independentemente de sua orientação em direção ao sol. Outras células feitas de materiais de perovskita e um material de baixo custo de cobre-zinco-estanho-sulfeto (CZTS) - junto com um grupo de controle de células tradicionais à base de silício - estarão entre os 20 dispositivos fotovoltaicos (PV) colocados na Materials International Instalação de voo experimental da Estação Espacial no exterior da ISS para uma avaliação de seis meses. Para duas das células, o lançamento marcou sua segunda viagem ao espaço.

"As questões de pesquisa são as mesmas para todas as células fotovoltaicas:esses fotoabsorventes podem ser usados ​​com eficácia no espaço?" disse Jud Ready, principal engenheiro de pesquisa do Georgia Tech Research Institute (GTRI), diretor associado do Centro de Tecnologia e Pesquisa Espacial da Georgia Tech, e vice-diretor do Instituto de Materiais da Georgia Tech. "Com este teste, obteremos insights sobre os mecanismos de degradação desses materiais e poderemos comparar sua produção de energia sob várias condições. "

As células solares orgânicas desenvolvidas no laboratório do professor Bernard Kippelen na Georgia Tech são processadas em baixas temperaturas usando processos baseados em solução em grandes áreas para produzir células com um absorvedor que pode ser cerca de 200 vezes mais fino do que a largura de um cabelo humano.

"Com um peso muito baixo e valores de eficiência de conversão de energia de até 16%, células solares orgânicas podem render valores de energia na ordem de centenas de milhares de watts por quilograma de material ativo, o que é muito atraente para aplicações espaciais, "disse Kippelen, o Joseph M. Pettit Professor na Escola de Engenharia Elétrica e de Computação. "Contudo, os efeitos da exposição contínua desses dispositivos em um ambiente espacial não foram totalmente explorados. Nosso interesse é investigar a robustez das interfaces formadas nesses dispositivos em um ambiente espacial, bem como para melhorar a nossa compreensão dos mecanismos de degradação das células solares orgânicas no espaço. "

As células solares planas tradicionais são mais eficientes quando a luz do sol está diretamente acima. Como a direção do fluxo solar varia com a órbita, grandes veículos espaciais como a ISS usam mecanismos mecânicos de apontamento para manter as células direcionadas corretamente. Esses mecanismos complexos criam problemas de manutenção, Contudo, e são muito pesados ​​para uso em espaçonaves muito pequenas, como CubeSats.

Para superar o problema de apontar, A equipe de Ready desenvolveu células solares texturizadas 3-D que podem capturar com eficiência a luz do sol que chega em diferentes ângulos. As células usam "torres" feitas de nanotubos de carbono e cobertas com material fotovoltaico para capturar a luz que seria refletida nas células padrão quando não estão direcionadas para o sol.

"Com nossa estrutura de captura de luz, somos agnósticos em relação ao ângulo do sol, "disse Pronto." Nossas células funcionam melhor em ângulos de visão. No CubeSats, que permitirá uma captura eficiente, independentemente da orientação do sol. "

Células de perovskita produzidas no laboratório de Zhiqun Lin, professor da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais, também será testado. Esses materiais têm mecanismos de falha conhecidos causados ​​pela absorção de umidade e oxigênio. “Esses dois mecanismos de falha não estarão presentes do lado de fora da Estação Espacial Internacional, portanto, este teste nos permitirá ver o desempenho desses materiais sem esses problemas. Devemos ser capazes de determinar se esses problemas conhecidos podem estar mascarando outras causas de degradação, "Pronto disse.

Os materiais CZTS são células solares potencialmente de próxima geração feitas de baixo custo, Materiais abundantes na Terra:cobre, zinco, estanho e enxofre. Os materiais têm um alto coeficiente de absorção e podem ser resistentes à radiação - úteis para aplicações espaciais - e oferecem uma compensação atraente entre custo e desempenho, Pronto disse.

As células solares à base de silício produzidas pelo Centro de Excelência em Pesquisa e Educação Fotovoltaica da Georgia Tech fornecerão uma maneira de comparar o desempenho das outras células. O laboratório, chefiado pelo Professor Regentes Ajeet Rohatgi da Escola de Engenharia Elétrica e de Computação, forneceu células do tipo p dopadas com boro com um emissor n + dopado com fósforo e um campo de superfície posterior p + dopado com alumínio.

"Essas células fotoabsorventes de silício servirão como controle para comparar o desempenho de outros materiais fotoabsorventes no espaço, "disse Rohatgi.

As 20 células PV se juntarão brevemente a três outras células fabricadas por pesquisadores da Georgia Tech que já estão na ISS. Esses tres, e dois na missão mais recente, fizeram parte de um experimento de 2016 que não foi capaz de registrar dados, embora fornecesse informações sobre os efeitos do ambiente espacial nas células solares.

As células fotovoltaicas Georgia Tech foram lançadas para a ISS em 2 de novembro a bordo do S.S. Alan Bean, uma nave espacial Northrop Grumman Cygnus da instalação de Wallops Island da NASA, como parte de uma missão de reabastecimento de rotina. Para seus testes, as células foram integradas em um pacote de teste pela Alpha Space Test &Research Alliance de Houston.

Além dos já mencionados, o projeto também incluiu Canek Fuentes-Hernandez, Matthew Rager, Hunter Chan, Christopher Tran, Christopher Blancher, Zhitao Kang e Conner Awald e Brian Rounsaville, tudo da Georgia Tech.