ANN ARBOR / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Organische Photovoltaikzellen (OPVs) könnten sich als widerstandsfähiger gegenüber den extremen Bedingungen des Weltraums erweisen, als bisher angenommen. Forscher der Universität Michigan haben herausgefunden, dass diese leichten und flexiblen Solarzellen den hohen Strahlungsbelastungen im Weltraum standhalten könnten.
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Die Entdeckung, dass organische Photovoltaikzellen (OPVs) möglicherweise besser für den Einsatz im Weltraum geeignet sind, als bisher angenommen, könnte die Art und Weise verändern, wie wir über Energieversorgung in der Raumfahrt denken. Diese Zellen, die auf Kohlenstoff basieren, sind nicht nur ultraleicht und flexibel, sondern könnten auch den extremen Bedingungen im Weltraum trotzen. Dies widerspricht der bisherigen Annahme, dass OPVs unter den Bedingungen, die in der niedrigen Erdumlaufbahn herrschen, schnell abbauen.
Die Forschung, die von einem Team der Universität Michigan unter der Leitung von Yongxi Li und Stephen Forrest durchgeführt wurde, zeigt, dass OPVs, die durch Vakuumthermische Verdampfung (VTE) hergestellt wurden, ihre Effizienz auch unter intensiver Strahlung beibehalten können. Im Gegensatz dazu verlieren polymerbasierte OPVs unter denselben Bedingungen bis zu 50 % ihrer Effizienz. Dies liegt daran, dass die Protonenstrahlung die Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen in den Polymerseitenketten bricht, was zu einer Vernetzung der Polymere und der Bildung von Ladungsfallen führt.
Ein vielversprechender Aspekt dieser Forschung ist die Möglichkeit der Selbstheilung dieser Materialien. Durch thermisches Ausheilen bei Temperaturen von 45 °C oder weniger können viele der durch Strahlung verursachten Defekte behoben werden, wodurch die Effizienz der Zellen fast auf das ursprüngliche Niveau zurückkehrt. Dies könnte bedeuten, dass solarzellen, die der Sonne zugewandt sind, sich im Weltraum selbst reparieren könnten, obwohl dies noch weiter untersucht werden muss.
Die Forscher planen nun, Materialien zu entwickeln, die sowohl eine hohe Effizienz als auch eine starke Widerstandsfähigkeit gegenüber Protonenstrahlung kombinieren. Diese Materialien sollen dann in OPV-Geräten verwendet werden, die in realen Weltraumumgebungen getestet werden, beispielsweise auf CubeSats. Diese Entwicklungen könnten die Tür zu neuen Anwendungen in der Raumfahrt öffnen, insbesondere für kleine Raumfahrzeuge, die in die niedrige Erdumlaufbahn und darüber hinaus reisen.
Die Bedeutung dieser Forschung liegt nicht nur in der potenziellen Verbesserung der Energieversorgung im Weltraum, sondern auch in der Möglichkeit, neue Standards für die Stabilitätstests von OPVs zu entwickeln. Während solche Tests für Silizium- und Galliumarsenid-Solarzellen bereits existieren, fehlen sie bisher für OPVs. Die Ergebnisse der Studie könnten dazu beitragen, diese Lücke zu schließen und die Entwicklung von OPVs für den Weltraumeinsatz voranzutreiben.
Insgesamt zeigt diese Forschung, dass organische Photovoltaikzellen nicht nur eine vielversprechende Technologie für die Energieversorgung auf der Erde sind, sondern auch das Potenzial haben, die Art und Weise zu revolutionieren, wie wir Energie im Weltraum nutzen. Die Kombination aus Leichtigkeit, Flexibilität und Strahlungsresistenz macht sie zu einem idealen Kandidaten für zukünftige Weltraummissionen.
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