Universitetet i Toledo arbetar med att utveckla solcellsteknik som kan användas både i rymden och på jorden. Genom forskning och tester av tunna solcellslager undersöker forskare nya sätt att utnyttja solenergi under extrema förhållanden, såsom i rymden, och hur denna teknologi även kan gynna jordbaserade tillämpningar.
Kärnan i universitetets projekt är att förbättra tekniken för solceller som används i rymden, särskilt för att driva satelliter. Dessa satelliter används inom en mängd områden, bland annat väderobservationer, miljömätningar, kommunikation och försvar. Den snabbt växande efterfrågan på satelliter, framförallt från kommersiella aktörer som Starlink och Kuiper, ökar behovet av mer effektiva och kraftfulla energikällor.
Experiment med exotiska lasersystem
Dr. Randy Ellingson, professor och ordförande vid Wright Center for Photovoltaics Innovation and Commercialization (PVIC) vid University of Toledo, utvecklar tandemteknologier för rymdapplikationer vid universitetet.
I rymden används ofta solceller baserade på multijunktionsteknologier, där grupp III-V-material som galliumarsenid spelar en central roll. Även om dessa material är mycket effektiva är de också dyra att tillverka. Här ser forskare på universitetet i Toledo stora möjligheter med tunnfilms-solcellsteknik, som är billigare att producera men samtidigt erbjuder hög effektivitet.
Tekniska utmaningar i rymdmiljö
Rymden är en extrem miljö för solceller, där faktorer som intensiv strålning och laddade partiklar kan skada materialen. Forskarna vid universitetet använder partikelacceleratorer för att simulera rymdförhållanden och testa hur tunna solfilmsmaterial klarar av dessa påfrestningar. Genom att analysera nedbrytningen i materialet kan de förutsäga hur solcellerna kommer att prestera när de skickas ut i omloppsbana.
Ny teknik med perovskiter
En stor del av forskningen fokuserar på användningen av perovskit-material som tandempartner för kisel i solceller. Perovskiter har visat stor potential för markbaserade solceller men har ännu inte kommersialiserats i större skala. Denna typ av solceller kan visa sig vara särskilt lämplig för rymdapplikationer på grund av deras effektivitet och motståndskraft mot strålning.
Forskarna undersöker även möjligheterna med perovskit-tandemceller och perovskit-kombinationer med andra tunna, oorganiska material som kadmiumtellurid. Genom att optimera dessa material för användning i rymden kan tekniken inte bara förbättra satelliternas energiförsörjning, utan även ha tillämpningar på jorden.
Möjliga jordbaserade användningar
Även om huvudfokus ligger på rymdapplikationer, kan tekniken också ha stora fördelar för jordbaserade energiprojekt. Genom att utveckla mer effektiva och hållbara solcellsmaterial kan de lärdomar som dras från rymdforskningen även användas för att förbättra solcellsparker och andra solenergisystem på jorden.
Ett långsiktigt mål är att hitta nya material som inte tidigare har undersökts noggrant, och som kan användas för att utveckla högpresterande solceller för både rymden och jorden. Denna forskning kan leda till stora teknologiska framsteg inom både satellitdrivning och storskaliga markbaserade solcellsanläggningar.
Samarbeten och framtida tester
Universitetet i Toledo har samarbetat med det amerikanska flygvapnets forskningslaboratorium sedan 2006 för att utveckla dessa avancerade solcellsteknologier. Under de kommande åren planerar forskarna att testa sina solceller både i höghöjdsballonger och ombord på satelliter. Dessa tester kommer att ge viktig information om hur solcellerna beter sig i en rymdmiljö över längre tidsperioder.
Genom att arbeta med avancerad solcellsteknik för rymden hoppas forskarna kunna driva fram nya innovationer som kan användas både för att förbättra rymdbaserade energisystem och jordbaserade solcellsanläggningar, och därmed bidra till en grönare framtid på båda fronterna.
Källa: Renewable Energy News