新的测试协议为需要辐射硬度和耐用性的应用铺平了道路
俄克拉荷马大学的研究人员与国家可再生能源实验室、北德克萨斯大学、美国宇航局格伦研究中心和太空电力界的几位合作者最近在焦耳杂志上发表了一篇论文 ， 描述了测试的最佳条件用于太空的钙钛矿太阳能电池 。
俄克拉荷马大学的物理学家、该论文的合著者伊恩·塞勒斯 (Ian Sellers) 表示 ， 钙钛矿太阳能电池由于其迅速提高的性能和对辐射的高度耐受性 ， 在光伏界引起了轰动 ， 这表明它们可以用来提供为空间卫星和航天器供电 。
“钙钛矿令光伏界的许多人兴奋不已 ， 因为这种新的太阳能电池材料可以达到高效率 ， 而且效率高且相对简单 ， ”Sellers 说 。“但这些材料在稳定性和产量方面也存在重大问题 ， 特别是在大气条件下 - 水分、氧气会使这种材料降解 ， 因此有趣的是 ， 有少数人认为尽管存在这些地面不稳定性问题 ， 但该系统出现了辐射坚硬且适合太空 。 ”
美国国家可再生能源实验室化学材料和纳米科学团队的高级科学家约瑟夫·路德说：“研究人员使用‘硬辐射’这个词来描述物体或设备在太空环境中发生的程度 。 ” . “这很有趣 ， 尤其是钙钛矿材料 ， 因为众所周知半导体是柔软的 ， 但辐射硬度只是意味着它们可以容忍辐射引起的缺陷而不会迅速降低性能 。 ”
来自 OU、NREL 和北德克萨斯大学的团队着手解决的问题是太阳能电池的标准空间测试如何适用于钙钛矿 。
“我们发现钙钛矿很难受到辐射 ， 但并非出于许多人认为的原因 ， ”塞勒斯说 。“我们发现整个社区都没有对它们进行适当的测试 。 钙钛矿是薄膜 ， 而且非常柔软 ， 所以如果你使用为传统太阳能电池开发的空间协议 ， 高能粒子的相互作用可以忽略不计 ， 这意味着钙钛矿看起来很难辐射 ， 因为在我们看来 ， 它们不是 ， 正确测试 。 ”
为了开发一种测试钙钛矿的新方法 ， Seller 实验室的前博士后研究员 Brandon Durant（现在在美国海军研究实验室工作）与位于德克萨斯州丹顿市的 UNT 物理系的 Bibhudutta Rout 合作测量太阳能细胞在不同条件或辐射暴露下的辐射硬度 。
【如何测试太空钙钛矿太阳能电池】“我们开始进行这些非常有针对性的辐射依赖性测试 ， 方法是在太阳能电池的不同部分可控地阻止这些粒子 ， ”Sellers 说 。“因此 ， 我们没有使用高能粒子 ， 而是使用低能粒子 ， 特别是质子 ， 因为它们对钙钛矿更有害 ， 并且在太空中非常普遍 ， 以低能轰击太空中的太阳能电池和其他材料 。 当我们这样做时 ， 我们证实钙钛矿确实具有很强的辐射性 ， 因为它们很软而且密度不是很大 ， 所以当它们受到损坏时 ， 它们会很快愈合 。 ”
卖家将这种效果比作一桶水 。 水一开始是静止的 。 你可以溅水制造混乱 ， 但一旦溅水停止 ， 它就会恢复平静 。
“这些钙钛矿非常接近于液体 ， 因此当它们受损时 ， 它们会自我修复 ， ”他说 。“钙钛矿就像一桶水 ， 在太空中会发生紊乱和损坏 ， 但也会很快沉淀或愈合并恢复正常 。 我们所做的是创建一个协议 ， 一组钙钛矿电池在进入太空之前必须经过测试的条件 ， 以便全球社区以同样的方式正确地测试这些材料 。 ”
这项研究的应用开辟了一系列可能性 。 研究兴趣的一个领域包括研究钙钛矿在月球上的永久性装置中的用途 ， 特别是轻质柔性钙钛矿是否可以折叠并成功部署到太空中 ， 甚至可以在月球上制造 。
同样 ， 未来的研究可以探索钙钛矿太阳能电池在对具有强烈辐射环境的行星（如木星）的太空任务或在具有高辐射水平的极地轨道上的卫星任务中的效用 。
“新材料的太空资格是由任务要求驱动的 ， ”美国宇航局格伦研究工程师和合著者林赛麦克米伦布朗说 。“这项工作非常重要 ， 因为我们正在探索钙钛矿对与 NASA 最感兴趣的应用最相关的辐射的反应 。 ”
“通过聚集在一起并定义一些协议 ， 联邦
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