استفاده از سلول های خورشیدی آلی انعطاف پذیر در استراتوسفر

7 آوریل 2023 – توسط Science China Press

(الف) نمودار شماتیک FOSCها در 35 کیلومتری استراتوسفر، (ب) ویژگی‌های J-V دستگاه‌های معمولی در AM 1.5G و AM0، (ج) تکامل عملکرد دستگاه در طول 3 ساعت پرواز طولانی‌مدت. اعتبار: Science China Press

هواپیماهای فضای نزدیک و شبه ماهواره‌های ارتفاع بالا در استراتوسفر کاربرد گسترده‌ای در پایش محیطی، امداد و کاهش بلایا، نظارت بر کشاورزی و جنگل‌داری، اکتشاف منابع و ارتباطات دارند. انرژی خورشیدی بهترین منبع انرژی برای هواپیماهای نزدیک به جو و ماهواره های شبه ارتفاع بالا است.

برخلاف روی زمین، پنل های خورشیدی برای کاربردهای فضایی باید دارای نسبت توان به وزن بالا با قابلیت اطمینان عالی در محیط استراتوسفر باشند که برای کاهش وزن کلی سیستم قدرت و در نتیجه افزایش بار و استقامت هواپیما ضروری است.

در مقایسه با فناوری سلول‌های خورشیدی بالغ، سلول‌های خورشیدی لایه نازک نانو در حال ظهور، از جمله سلول‌های خورشیدی ارگانیک و سلول‌های خورشیدی پروسکایتی، به دلیل ویژگی‌های نسبت توان به وزن بالا و انعطاف‌پذیری عالی از ساختار لایه ای بسیار نازک که منشا می‌گیرند، برای کاربردهای هوافضا بسیار جذاب هستند..

اگرچه اثبات مفهومی عملکرد در استراتوسفر و ارتفاعات ماهواره‌ای به ترتیب با استفاده از بالون‌های ارتفاع بالا یا پرواز موشک انجام شد، در مورد عملکرد درجا و تست پایداری سلول‌های خورشیدی آلی انعطاف‌پذیر منطقه بزرگ (FOSCs) در محیط استراتوسفر گزارش شد.

سلول های خورشیدی آلی انعطاف پذیر غیرفولرن با مساحت سلول 0.64 سانتی متر مربع از طریق یک مسیر پردازش شده با محلول با PET/AgNW چاپ گراور به عنوان الکترود ساخته شدند. عملکرد در دمای پایین، چرخه حرارتی و همچنین تست‌های روشنایی UV در آزمایشگاه برای ارزیابی عملکرد FOSCها در شرایط شبیه‌سازی شده انجام شد.

علاوه بر این، نتایج اندازه‌گیری در محل نشان داد که FOSCها بالاترین چگالی توان 15.26 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع و راندمان 11.16 درصد را در 35 کیلومتری تحت تابش AM0 دارند که مربوط به نسبت توان به وزن 3.32 کیلووات بر کیلوگرم است. علاوه بر این، سلول های خورشیدی آلی انعطاف پذیر در طول 3 ساعت پرواز مداوم در 35 کیلومتری پایدار ماندند. این نتایج برای سلول‌های خورشیدی فضایی اهمیت زیادی دارند و امکان استفاده از FOSCهای بزرگ را برای استفاده از فضا نشان می‌دهند.

این یافته ها در مجله National Science Review منتشر شده است.