Ten sam brud, który przylega do butów astronautów, może pewnego dnia utrzymać światła. W badaniu publikującym 3 kwietnia w urządzeniu z prasy komórkowej naukowcy stworzyli ogniwa słoneczne wykonane z symulowanego kurzu księżycowego. Komórki skutecznie przekształcają światło słoneczne, wytrzymują uszkodzenie promieniowania i łagodzą potrzebę transportu ciężkich materiałów w kosmos, oferując potencjalne rozwiązanie jednego z największych wyzwań eksploracji kosmosu: niezawodnych źródeł energii.
„Ogniwa słoneczne używane w kosmosie są teraz niesamowite, osiągając wydajność wynoszącą 30% do nawet 40%, ale wydajność ta ma cenę”, mówi główny badacz Felix Lang z University of Potsdam w Niemczech. „Są bardzo drogie i są stosunkowo ciężkie, ponieważ używają szkła lub grubej folii jako osłony. Trudno jest uzasadnić podnoszenie wszystkich komórek w kosmos”.
Zamiast ciągnąć ogniwa słoneczne z Ziemi, zespół Langa szuka materiałów dostępnych na samym księżycu. Mają na celu zastąpienie ziemskiego szkła szklanem wykonanym z księżycowego Regolitha-luźnych, skalistych resztek powierzchni księżycowej. Sama ta zmiana może zmniejszyć masę startową statku kosmicznego o 99,4%, obniżyć 99% kosztów transportu i uczynić długoterminowe osady księżycowe bardziej wykonalne.
Aby przetestować ten pomysł, naukowcy stopili substancję zaprojektowaną do symulacji kurzu księżycowego w Moonglass i wykorzystali go do zbudowania nowego rodzaju ogniw słonecznych. Stworzyli komórki, łącząc Moonglass z perowskite – klasę kryształów, które są tańsze, łatwiejsze do wykonania i bardzo wydajne w przekształcaniu światła słonecznego w energię elektryczną. Za każdy gram materiału wysyłany do kosmosu nowe panele wytwarzały do 100 razy więcej energii niż tradycyjne panele słoneczne.
„Jeśli zmniejszysz wagę o 99%, nie potrzebujesz ultra-wydajnych 30% ogniw słonecznych, po prostu robisz ich więcej na Księżycu”, mówi Lang. „Ponadto nasze komórki są bardziej stabilne w stosunku do promieniowania, podczas gdy pozostałe z czasem degradowałyby się”.
Kiedy zespół zapisał ogniwa słoneczne promieniowaniem kosmicznym, wersje Moonglass przewyższyły te ziemskie. Standardowe szkło powoli brązowuje w przestrzeni, blokując światło słoneczne i zmniejszając wydajność. Ale Moonglass ma naturalny brązowy odcień z zanieczyszczeń w kurzu księżycowym, który stabilizuje szkło, zapobiega dalszemu ciemnianiu i sprawia, że komórki są bardziej odporne na promieniowanie.
Zespół stwierdził, że Moonglass jest zaskakująco prosty. Nie wymaga złożonego oczyszczania, a same skoncentrowane światło słoneczne może zapewnić ekstremalne temperatury potrzebne do stopienia regolita księżycowego w szkło. Poprawiając grubość moongass i dostrajając skład ogniwa słonecznego, zespołowi udało się osiągnąć 10% wydajności. Z wyraźniejszą moongassem, która wpuszcza więcej światła, wierzą, że mogą osiągnąć 23%.
Mimo to Księżyc stanowi wyzwania, których nie ma Ziemia. Niższa grawitacja może zmienić sposób tworzenia moongass. Rozpuszczalniki stosowane obecnie do przetwarzania perowskiego nie będą działać w próżni księżyca. Huśtawki dzikiej temperatury mogą zagrozić stabilności materiałów. Aby dowiedzieć się, czy ich księżycowe ogniwa słoneczne są naprawdę opłacalne, zespół ma nadzieję na małe eksperyment na Księżyc, aby przetestować je w prawdziwych warunkach księżycowych.
„Od wyodrębniania wody do paliwa po budowę domów z cegieł księżycowych, naukowcy znajdują sposoby na użycie kurzu księżycowego”, mówi Lang. „Teraz możemy również zamienić go w ogniwa słoneczne, prawdopodobnie zapewniając energię, której potrzebuje przyszłe miasto księżyca”.
Badania zostały wsparte przez finansowanie Fundacji Volkswagena na finansowanie za pośrednictwem programu Freigeist Q14.