更高效的太空有機太陽能電池,可承受高能輻射轟炸 10 年以上

發佈日期: 2019 年 07 月 25 日 9:28 | 作者: | 分類: 產業資訊

從第一顆衛星電池只維持 20 幾天壽命、到現在俄羅斯科學家開發出基於高分子化合物的太空有機太陽能電池,將能承受大於 6,000 Gy 的伽馬輻射量,有機會在低地軌道上存活 10 年或更長時間。

約 60 年前,前蘇聯發射了全球第一顆衛星「史普尼克 1 號」,其無線電 3 個頻率訊號可以被世界各地的監測站接收。然而不到 1 個月,無線電發送器就耗盡了電池電量,重點是這顆電池還很大,占了衛星大部分重量,從此以後大家記取教訓,衛星都改成攜帶太陽能電池。

而基於元素週期表中 A3B5 族元素的矽太陽能電池、光電轉換器最為常見,不過它們也有缺點,比如重量大、且容易受到電離輻射影響,雖然高能粒子流可以被屏蔽,但伽馬​​射線穿透力更高、更難以控制,常導致無機半導體晶體結構形成缺陷,讓性能嚴重退化、太陽能電池效率快速衰減。

早些時候,由俄羅斯斯柯爾科弗科學與科技研究院(Skolkovo Institute of Science and Technology,Skoltech)Pavel Troshin 教授領導的團隊,研究過鈣鈦礦太陽能電池的輻射穩定性,然而結果表明當前的鹵化鉛(lead halide)對伽馬射線太敏感,因此過去 20 年來,有機太陽能電池由於重量輕、靈活性和高達 10~20 W/g 的能量重量比而備受太空產業關注。

雖然科學家對有機太陽能電池的輻射穩定性依然知之甚少,但最近其他研究表明它們具有極佳輻射穩定性。2015 年時,新論文第一作者 Ilya Martynov 團隊曾經證明含咔唑有機物的共軛聚合物(conjugated polymer)太陽能電池,具有相當高的光轉換效率和長壽命。

在最新研究中,團隊進一步設計基於富勒烯衍生物(fullerene derivative)的太陽能電池,將之暴露在伽馬射線下,發現輻射穩定性比過往紀錄都還要高,電池在暴露於 6,500Gy 伽馬射線量後還能保持初始效率的 80% 以上。

富勒烯衍生物常在高分子太陽能電池元件中作為良好電子受體,隨著發展這些更穩定高效的有機太陽能電池,不只太空電池壽命有機會延長,還能減少衛星有效載荷,降低發射成本。

新論文發表在美國化學學會《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:pixabay

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