Perowskity polecą na Księżyc. Qcells przetestuje ogniwa w kosmosie
Perowskitowo-krzemowe ogniwa tandemowe Qcells polecą na Księżyc. Próbki będą częścią eksperymentu na platformie badawczej SSTEF-1, która ma trafić na powierzchnię Srebrnego Globu w ramach trzeciej misji firmy Intuitive Machines, zaplanowanej na koniec 2026 r.
SSTEF-1 (Space Science & Technology Evaluation Facility – First Flight) to uniwersalna platforma przeznaczona do testowania różnych technologii na powierzchni Księżyca. Zapewnia poszczególnym eksperymentom m.in. zasilanie, transmisję danych i możliwość obserwacji za pomocą kamery.
Pierwsza faza projektu obejmowała zaprojektowanie urządzenia i jego kwalifikację na Ziemi. Według NASA SSTEF-1 przeszła już m.in. testy w komorze termiczno-próżniowej, próby wibracyjne oraz badania kompatybilności elektromagnetycznej, osiągając poziom gotowości technologicznej TRL 8. Kolejnym etapem ma być demonstracja na powierzchni Księżyca, która pozwoli osiągnąć TRL 9. Jak wynika z informacji na stronie Aegis Aerospace, platforma czeka obecnie na integrację z misją IM-3, w której wykorzystany zostanie lądownik Nova-C firmy Intuitive Machines.
Dwie warstwy zamiast jednej
Jednym z eksperymentów będą tandemowe ogniwa Qcells. W konstrukcji perowskitowo-krzemowej górna warstwa perowskitowa pochłania fotony o wyższej energii, a znajdujące się pod nią ogniwo krzemowe wykorzystuje pozostałą część widma. Dzięki temu tandem może osiągnąć wyższą sprawność niż klasyczne jednozłączowe ogniwo krzemowe o tej samej powierzchni.
W 2024 r. Qcells poinformował o osiągnięciu 28,6 proc. certyfikowanej sprawności pełnowymiarowego tandemowego ogniwa M10 o powierzchni ok. 330,6 cm². Wynik zweryfikowało laboratorium Fraunhofer ISE CalLab. Firma podkreśla, że ogniwo powstało na pilotażowej linii w Niemczech z wykorzystaniem procesów zaprojektowanych z myślą o dalszym skalowaniu technologii.
Wyzwaniem pozostaje trwałość. W 2026 r. Qcells poinformował, że jego tandemowe moduły przeszły certyfikację TÜV Rheinland zgodnie z wymaganiami norm IEC i UL. Testy obejmowały m.in. cykle temperaturowe, badania w warunkach wysokiej temperatury i wilgotności (damp heat) oraz inne sekwencje stosowane przy ocenie niezawodności modułów fotowoltaicznych.
Księżyc jako laboratorium
Na powierzchni Księżyca ogniwa będą wystawione jednocześnie na próżnię, promieniowanie UV i kosmiczne, pył księżycowy oraz duże wahania temperatury. Celem eksperymentu nie jest zasilanie lądownika, lecz zebranie danych o zachowaniu ogniw i zmianach ich parametrów w rzeczywistym środowisku księżycowym. To szczególnie ważne, bo laboratoria mogą odtwarzać poszczególne obciążenia środowiskowe, ale znacznie trudniej zasymulować w nich jednocześnie pełen zestaw warunków panujących na Księżycu.
Pierwsza misja SSTEF-1 ma trwać ok. 14 ziemskich dni, ale może się przedłużyć, jeśli pozwolą na to możliwości lądownika.
Dane z eksperymentu mają wesprzeć dalsze prace badawcze Qcells w Niemczech i Korei. Równolegle należące do tej samej grupy Hanwha Solutions i Hanwha Systems rozwijają wysokosprawne technologie fotowoltaiczne dla satelitów, początkowo z myślą o bardzo niskiej orbicie okołoziemskiej.
Dla Qcells księżycowy eksperyment ma więc być kolejnym etapem rozwoju tandemów perowskitowo-krzemowych – zarówno pod kątem zastosowań kosmicznych, jak i doskonalenia technologii na rynek naziemny.
Nie tylko tandemy dla kosmosu
Qcells nie jest jedynym podmiotem, który szuka sposobów na obniżenie kosztów i zwiększenie dostępności fotowoltaiki dla sektora kosmicznego. Fraunhofer ISE wspólnie z amerykańską firmą Source Energy rozwija moduły dla satelitów oparte na konwencjonalnych ogniwach krzemowych. Mają one być tańszą i łatwiej dostępną alternatywą dla stosowanych dziś w wielu misjach wysokosprawnych ogniw z półprzewodników III–V.
W tym przypadku kluczową innowacją nie jest sam materiał półprzewodnikowy, lecz architektura modułu i sposób łączenia ogniw. Zastosowano rozwiązanie typu shingle-matrix: ogniwa są cięte na wąskie paski, układane częściowo na zakładkę i łączone niskotemperaturowym klejem przewodzącym. Taka struktura ma zwiększać odporność elektryczną modułu na lokalne uszkodzenia. Jeśli fragment modułu zostanie trafiony przez mikrometeoryt lub odłamek kosmicznych śmieci, prąd może popłynąć inną ścieżką, co ogranicza wpływ uszkodzenia na pracę całego modułu.
To dobrze pokazuje, że fotowoltaika kosmiczna może się rozwijać kilkoma równoległymi ścieżkami. Jedna, reprezentowana przez tandemy perowskitowo-krzemowe, koncentruje się na maksymalnej sprawności i uzyskaniu jak największej mocy z ograniczonej powierzchni i masy. Druga stawia bardziej na koszt, skalowalność produkcji, dostępność komponentów i odporność modułu na lokalne uszkodzenia.
Radosław Błoński
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy E-Magazyny Sp. z o.o.
Obserwuj nas w Google News
