В новом исследовании учёные обнаружили удивительную способность полупроводникового материала под названием металлогалогенидный перовскит к самовосстановлению от радиационного повреждения в суровых условиях космоса.
Металлогалогенидные перовскиты — это класс материалов, открытых в 1839 году, которые в изобилии встречаются в земной коре. Они обладают уникальными свойствами, которые делают их идеальными кандидатами для космических солнечных панелей и других электронных устройств.
К преимуществам перовскитных солнечных элементов относят высокую эффективность преобразования: перовскиты могут эффективно поглощать солнечный свет и преобразовывать его в электричество, что делает их сопоставимыми с традиционными кремниевыми солнечными элементами. Они тонкие и гибкие: перовскитные солнечные элементы имеют толщину всего несколько сотен нанометров, что делает их почти в 100 раз тоньше традиционных солнечных элементов, а гибкость позволяет их интегрировать в различные поверхности, такие как изогнутые поверхности или космические паруса. Кроме того, перовскиты являются относительно недорогим материалом, что делает их потенциально экономически эффективным вариантом для крупномасштабного производства солнечных панелей.
Одним из основных недостатков перовскитных плёнок до сих пор была их нестабильность при воздействии влаги и кислорода. Это ограничивало их практическое применение в наземных условиях.
А при выходе в космос возникли дополнительные опасения по поводу способности перовскитных солнечных элементов противостоять жёсткому космическому излучению. Чтобы проверить их поведение в космической среде, исследователи подвергли перовскитные солнечные элементы воздействию протонов как низкой, так и высокой энергии.
К удивлению исследователей, высокоэнергетические протоны не только не повредили устройства, но даже восстановили повреждения, вызванные низкоэнергетическими протонами.
«Мы были поражены тем, что материал, который деградирует под воздействием кислорода и влаги, не только может выдерживать жёсткое излучение космоса, но и самовосстанавливаться в среде, которая разрушает обычные кремниевые полупроводники», — сказал Ахмадом Кирмани, ведущий автор исследования.
Точный механизм самовосстановления пока полностью не изучен. Однако исследователи предполагают, что это может быть связано с уникальной кристаллической структурой перовскитов. Под воздействием высокоэнергетических протонов в кристаллической решётке могут возникать дефекты, которые нарушают электрические свойства материала. Однако при более низких энергиях протоны могут заполнять эти дефекты, восстанавливая целостность кристаллической решётки и электрические свойства материала.
Это открытие открывает новые возможности для использования перовскитных материалов в космических исследованиях и будущих космических миссиях. Их способность к самовосстановлению значительно повышает надёжность и долговечность космической электроники, обеспечивая бесперебойное питание для спутников, космических зондов и будущих человеческих поселений в космосе.
Исследователи продолжают изучать механизмы самовосстановления в перовскитных материалах и оптимизировать их для использования в космических условиях. Они также изучают другие потенциальные применения перовскитов в космической электронике, такие как датчики и светоизлучающие диоды.
Открытие самовосстанавливающихся свойств металлогалогенидных перовскитов может оказаться новой главой в разработке космической электроники. Это может привести к созданию более надёжных и долговечных космических систем.