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太空用有機太陽能電池展現出抗輻射和自修復性能

2025-01-18 08:44  瀏覽:  

密歇根大學的一項研究發現,碳基太陽能電池,即有機太陽能電池,在太空應用中的表現可能優于傳統的硅太陽能電池和砷化鎵太陽能電池。

地球上使用的硅太陽能電池在暴露于太空的強烈輻射時會迅速退化。而砷化鎵太陽能電池如今在衛星和航天器上使用,因為這種材料能夠承受太空條件。然而,砷化鎵電池價格昂貴、堅硬且笨重,很難與高效的航天器集成。

這項研究從分子水平上調查了輻射對有機太陽能電池的影響。研究人員用質子輻射對電池進行了測試,質子輻射被認為是太空中對電子材料破壞性最大的粒子。

這項研究測試了各種有機太陽能電池配置。用小分子制成的電池表現出對質子的強大抵抗力,經過三年的輻射測試后沒有出現任何損壞。相反,用復合聚合物制成的電池在測試中損失了大約一半的效率。

密歇根大學工程學教授斯蒂芬福雷斯特說:“我們發現質子會斷裂一些側鏈,留下電子陷阱,從而降低太陽能電池的性能。”

“陷阱”會吸引光伏效應釋放的電子,阻止它們流入收集電能的電極。研究小組表示,這種陷阱效應可以通過熱退火或加熱電池來解決,從而修復電池。研究人員表示,陷阱也可以用其他原子填充,從而有可能消除這一問題。

研究小組表示,太空中面向太陽的有機太陽能電池有可能實現這種自我修復過程。研究稱,這些電池在 100 攝氏度的實驗室中表現出了有效的修復能力,但還需要進一步研究。

研究團隊與中國南京大學、Universal Display Corp 和美國海軍研究辦公室合作,試圖發現自愈效應是否發生在太空真空中,以及這種自愈是否足以可靠地用于太空任務。該團隊推測,設計這種材料以使其永遠不會出現降解和電子陷阱可能更為合理。

研究中使用的設備部分是在盧里納米制造設施建造的,在密歇根離子束實驗室暴露于質子束 ,并在密歇根材料特性中心進行有機太陽能電池研究。

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