Ứng dụng pin mặt trời làm từ vật liệu hữu cơ trong tầng bình lưu

Máy bay gần không gian (bay cách trái đất khoảng 19 - 100km) và các vệ tinh giả (loại máy bay tầm cao, được thiết kế để lấp đầy khoảng trống giữa vệ tinh và máy bay không người lái) có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như môi trường, cứu hộ, nông lâm nghiệp, tài nguyên và liên lạc. Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tốt nhất cho máy bay gần không gian và các vệ tinh giả.

Không giống như trên Trái đất, các tấm pin mặt trời ứng dụng trong không gian vũ trụ phải có tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao, kết hợp với độ tin cậy trong môi trường tầng bình lưu. Hai điều kiện này rất cần thiết trong việc giảm trọng lượng tổng thể của hệ thống điện, do đó giúp tăng tải trọng và độ bền của máy bay.

Ảnh minh họa, https://kinhtexaydung.petrotimes.vn

So với các công nghệ pin mặt trời trước đây, pin mặt trời màng nano mỏng, bao gồm pin mặt trời hữu cơ và pin mặt trời perovskite rất có tiềm năng trong ứng dụng hàng không vũ trụ nhờ sở hữu tỷ lệ cao giữa công suất với trọng lượng cũng như tính linh hoạt do có cấu trúc phân lớp siêu mỏng.

Mặc dù bằng chứng khái niệm về hiệu suất trong tầng bình lưu và độ cao vệ tinh được thực hiện bằng cách sử dụng khinh khí cầu ở độ cao lớn hoặc máy bay tên lửa, nhưng chưa có nghiên cứu về hiệu suất tại chỗ và độ ổn định của pin mặt trời hữu cơ linh hoạt diện rộng (FOSC) trong môi trường tầng bình lưu.

Tầng bình lưu hay tầng tĩnh khí là một lớp của bầu khí quyển trên Trái Đất và một số hành tinh. Tầng khí quyển này có tên là bình lưu vì đây là tầng khí quyển có ít các dòng đối lưu xoáy mạnh. Các máy bay dân dụng thường chọn bay ở độ cao nằm gần ranh giới giữa tầng này và tầng đối lưu để giảm thiểu nguy cơ tai nạn do diễn biến đối lưu bất thường của khí quyển.

Các nhà khoa học đến từ Trung Quốc đã khám phá hiệu suất tại chỗ và tính ổn định của FOSC diện rộng trong môi trường tầng bình lưu 35 km bằng cách sử dụng khinh khí cầu tầm cao.

Pin mặt trời hữu cơ dẻo không fullerene có diện tích tế bào 0,64 cm2 được chế tạo thông qua quy trình xử lý bằng dung dịch với PET/AgNW in ống đồng làm điện cực. Nhóm nhà khoa học nghiên cứu thử nghiệm hiệu suất ở nhiệt độ thấp, chu kỳ nhiệt cũng như các thử nghiệm chiếu sáng bằng tia cực tím trong phòng thí nghiệm để đánh giá hiệu suất của FOSC trong điều kiện mô phỏng.

Kết quả đo tại chỗ cho thấy FOSC cho mật độ công suất cao nhất là 15,26 mW/cm2 và hiệu suất 11,16% ở 35 km dưới bức xạ AM0 (phổ tiêu chuẩn cho các ứng dụng trong không gian), tương ứng với tỷ lệ công suất trên trọng lượng là 3,32 kW/kg.

Bên cạnh đó, pin mặt trời hữu cơ linh hoạt giữ ổn định trong 3 giờ bay liên tục ở độ cao 35 km. Những kết quả này có ý nghĩa to lớn đối với pin mặt trời không gian và cho thấy khả năng sử dụng FOSC diện tích lớn trong không gian.

https://kinhtexaydung.petrotimes.vn

Hải Hà

sohuutritue.net.vn