Прорыв в области солнечных панелей открывает путь к «полезности»

Ученые обнаружили, как удвоить эффективность сверхлегкого солнечного элемента, который, по их утверждению, можно использовать для сбора солнечной энергии в космосе в невиданных ранее масштабах.

Солнечные панели следующего поколения, созданные командой из Пенсильванского университета, используют слои, которые более чем в тысячу раз тоньше человеческого волоса, но способны поглощать сопоставимое количество солнечного света с коммерчески доступными солнечными элементами. Чрезвычайная тонкость позволила им называться двумерными, или 2D TMDC, поскольку их толщина составляет всего несколько атомов.

По мнению исследователей, способность производить больше электроэнергии на вес по сравнению с традиционными кремниевыми солнечными элементами делает их очень подходящими для отправки в космос для сбора солнечной энергии.

«Высокая удельная мощность на самом деле является одной из величайших целей любой космической технологии сбора света или энергии», — сказал Дип Джаривала из Пенсильванского университета.

«Это важно не только для спутников или космических станций, но и для того, если вы хотите получить реальную солнечную энергию для использования в космосе. Количество [кремниевых] солнечных элементов, которые вам придется отправить, настолько велико, что ни один космический аппарат в настоящее время не может перевезти эти виды материалов экономически выгодны».

Проведя вычислительное моделирование инновационного солнечного элемента, профессор Джаривала и его команда смогли разработать конструкцию, эффективность которой удвоилась по сравнению с тем, что было продемонстрировано ранее.

Статья с подробным описанием исследования под названием «Насколько хорошими могут быть 2D-экситонные солнечные элементы?» была опубликована во вторник в научном журнале Device.

Теперь исследователи надеются выяснить, как добиться крупномасштабного производства этой конструкции.

«Я думаю, что люди постепенно приходят к пониманию того, что 2D TMDC являются отличными фотоэлектрическими материалами, но не для наземных применений, а для мобильных, более гибких приложений, таких как космические приложения», — сказал профессор Яривала.

«Вес солнечных элементов 2D TMDC в 100 раз меньше, чем солнечных элементов из кремния или арсенида галлия, поэтому внезапно эти элементы стали очень привлекательной технологией».

Концепция космических солнечных батарей была впервые выдвинута более 50 лет назад. Ученые отметили, что энергия Солнца может быть преобразована в микроволны и передана на наземные приемные станции, которые преобразуют ее в электричество.

У него есть несколько преимуществ перед наземными установками, поскольку они не будут ограничены облачным покровом или типичным циклом Солнца.

Исследования ускорились в последние годы после нескольких крупных прорывов и разработок в области сбора солнечной энергии и запусков орбитальных ракет, включая появление частных космических компаний, таких как SpaceX, которые значительно снизили стоимость доставки полезной нагрузки в космос.

В прошлом месяце японское космическое агентство JAXA объявило, что намерено к 2025 году установить в космосе первые спутниковые передатчики для солнечной фермы коммерческого масштаба.

Европейское космическое агентство также планирует создать программу развития этого неиспользованного возобновляемого ресурса энергии в рамках своей программы Solaris.