Cinque diversi tipi di celle solari fabbricate dai team di ricerca del Georgia Institute of Technology sono arrivate alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) per essere testate per il loro tasso di conversione di potenza e la capacità di operare nel duro ambiente spaziale come parte del MISSE-12 missione. Un tipo di cellula, realizzati con materiali organici a basso costo, non è stato ampiamente testato nello spazio prima.

Le celle fotovoltaiche a base di nanotubi di carbonio strutturate progettate per catturare la luce da qualsiasi angolazione saranno valutate per la loro capacità di produrre energia in modo efficiente indipendentemente dal loro orientamento verso il sole. Altre celle realizzate con materiali perovskite e un materiale a basso costo di rame-zinco-stagno-solfuro (CZTS) - insieme a un gruppo di controllo di celle tradizionali a base di silicio - saranno tra i 20 dispositivi fotovoltaici (PV) posizionati su Materials International Space Station Experiment Flight Facility all'esterno della ISS per una valutazione di sei mesi. Per due delle celle, il lancio ha segnato il loro secondo viaggio nello spazio.

"Le domande di ricerca sono le stesse per tutte le celle fotovoltaiche:questi fotoassorbitori possono essere utilizzati efficacemente nello spazio?" disse Jud Ready, principale ingegnere di ricerca presso il Georgia Tech Research Institute (GTRI), direttore associato del Centro per la tecnologia e la ricerca spaziale della Georgia Tech, e vicedirettore dell'Istituto per i materiali della Georgia Tech. "Con questa prova, acquisiremo informazioni sui meccanismi di degradazione di questi materiali e saremo in grado di confrontare la loro produzione di energia in condizioni variabili".

Le celle solari organiche sviluppate nel laboratorio del professor Bernard Kippelen presso la Georgia Tech vengono lavorate a basse temperature utilizzando processi basati su soluzioni su ampie aree per produrre celle con un assorbitore che può essere circa 200 volte più sottile della larghezza di un capello umano.

"Con un peso molto basso e valori di efficienza di conversione della potenza fino al 16%, le celle solari organiche potrebbero produrre valori di potenza nell'ordine di centinaia di migliaia di watt per chilogrammo di materiale attivo, che è molto attraente per le applicazioni spaziali, " disse Kippelen, il Joseph M. Pettit Professor nella Scuola di Ingegneria Elettrica e Informatica. "Però, gli effetti dell'esposizione continua di questi dispositivi in ​​un ambiente spaziale non sono stati esplorati a fondo. Il nostro interesse è studiare la robustezza delle interfacce formate in questi dispositivi in ​​un ambiente spaziale, oltre a migliorare la nostra comprensione dei meccanismi di degradazione delle celle solari organiche nello spazio".

Le tradizionali celle solari piatte sono più efficienti quando la luce del sole è direttamente sopra la testa. Poiché la direzione del flusso solare varia con l'orbita, grandi veicoli spaziali come la ISS utilizzano meccanismi di puntamento meccanico per mantenere le celle correttamente orientate. Questi meccanismi complessi creano problemi di manutenzione, però, e sono troppo pesanti per essere utilizzati su veicoli spaziali molto piccoli come CubeSats.

Per superare il problema del puntamento, Il team di Ready ha sviluppato celle solari strutturate in 3D in grado di catturare in modo efficiente la luce solare che arriva da diverse angolazioni. Le celle utilizzano "torri" realizzate con nanotubi di carbonio e ricoperte di materiale fotovoltaico per intrappolare la luce che rimbalzerebbe sulle celle standard quando non sono inclinate verso il sole.

"Con la nostra struttura di intrappolamento della luce, siamo agnostici all'angolo del sole, " ha detto Ready. "Le nostre cellule in realtà funzionano meglio agli angoli di occhiata. Su CubeSat, che consentirà una cattura efficiente indipendentemente dall'orientamento del sole."

Cellule di perovskite prodotte nel laboratorio di Zhiqun Lin, professore presso la Scuola di Scienza e Ingegneria dei Materiali, sarà anche testato. Questi materiali hanno noti meccanismi di guasto causati dall'assorbimento di umidità e ossigeno. "Questi due meccanismi di guasto non saranno presenti all'esterno della Stazione Spaziale Internazionale, quindi questo test ci permetterà di vedere le prestazioni di questi materiali senza questi problemi. Dovremmo essere in grado di determinare se questi problemi noti potrebbero mascherare altre cause di degrado, "Pronto disse.

I materiali CZTS sono celle solari potenzialmente di nuova generazione costituite da materiali a basso costo, Materiali abbondanti in terra:rame, zinco, stagno e zolfo. I materiali hanno un elevato coefficiente di assorbimento e possono essere resistenti alle radiazioni, utili per applicazioni spaziali, e offrono un interessante compromesso tra costo e prestazioni, Pronto ha detto.

Le celle solari a base di silicio prodotte dal Centro universitario di eccellenza per la ricerca e l'istruzione fotovoltaica presso la Georgia Tech forniranno un modo per confrontare le prestazioni delle altre celle. Il laboratorio, diretto dal Reggente Professor Ajeet Rohatgi della Scuola di Ingegneria Elettrica e Informatica, fornito cellule di tipo p drogate con boro con un emettitore n+ drogato con fosforo e un campo superficiale posteriore p+ drogato con alluminio.

"Queste celle fotoassorbenti al silicio serviranno come controlli per confrontare le prestazioni di altri materiali fotoassorbenti nello spazio, " disse Rohatgi.

Le 20 celle fotovoltaiche si uniranno brevemente ad altre tre celle fabbricate dai ricercatori della Georgia Tech che sono già sulla ISS. Quei tre, e due sulla nuova missione, facevano parte di un esperimento del 2016 che non era in grado di registrare dati, sebbene fornisse informazioni sugli effetti dell'ambiente spaziale sulle celle solari.

Le celle fotovoltaiche Georgia Tech sono state lanciate sulla ISS il 2 novembre a bordo della S.S. Alan Bean, una navicella spaziale Northrop Grumman Cygnus della Wallops Island Facility della NASA, come parte di una missione di rifornimento di routine. Per la loro prova, le cellule sono state integrate in un pacchetto di test da Alpha Space Test &Research Alliance di Houston.

Oltre a quelli già citati, il progetto comprendeva anche Canek Fuentes-Hernandez, Matteo Rager, Hunter Chan, Cristoforo Tran, Christopher Blancher, Zhitao Kang e Conner Awald e Brian Rounsaville, tutto da Georgia Tech.