Raumfahrt: Selbstheilende Solarzelle repariert Strahlenschäden

Solarzellen von Satelliten verlieren durch Protonenstrahlung ständig an Wirkungsgrad. Eine in Australien entwickelte Technik soll das verhindern.

Artikel veröffentlicht am 24. Juli 2023, 11:40 Uhr, Werner Pluta

Künstlerische Darstellung des Satelliten Capstone (Symbolbild): Schäden durch Mikrometeoriten werden nicht geheilt. (Bild: Advanced Space)

Neue Solarzellen sollen die Betriebsdauer von Satelliten verlängern. Solarzellen verlieren durch hochenergetische Strahlung im All normalerweise ihre Kapazität. Das soll bei den Solarzellen, die an der University of Sydney in Australien entwickelt wurden, nicht mehr der Fall sein.

Weltraumhardware in der Umlaufbahn werde Protonenstrahlung ausgesetzt, schreibt das Team um die Wissenschaftlerin Anita Ho-Baillie in der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials. Diese Schäden könnten behoben werden. So werde verhindert, dass der Wirkungsgrad der Zellen abnehme.

Ausgangspunkt der Forschungen waren Perowskit-Solarzellen. Das Team simulierte unter Laborbedingungen die Auswirkungen von Protonenstrahlung über viele Jahre auf diese Zellen. Dabei zeigte sich, dass das Lochleitungsmaterial (Hole Transport Material, HTM) dafür verantwortlich ist, wie stark die Zelle durch Protonenstrahlung in Mitleidenschaft gezogen wird.

Die Zelle kann sich selbst heilen

Das Team fand heraus, dass zwei bestimmte Arten von HTM sowie ein Dotierstoff am besten geeignet seien, die Zelle dagegen zu schützen. Unter bestimmten Bedingungen könnten sie es sogar ermöglichen, dass die Zelle sich selbst unter der Einwirkung von Hitze in einem Vakuum heilen könne.

Perowskit ist ein Calcium-Titan-Oxid. Das Material hat einige Vorteile: Es ist leicht, günstig in der Herstellung und ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad in einer Solarzelle.

Serienreif ist diese Technik jedoch noch nicht. Bis es so weit ist, ist noch einiges an Forschungsarbeit nötig. Zudem: Bei Schäden durch Mikrometeoriten, die etwa im vergangenen Jahr das James-Webb-Weltraumteleskop trafen, hilft der Selbstheilungsmechanismus nicht.

"Wir hoffen, dass die durch diese Arbeit gewonnenen Erkenntnisse bei Bemühungen zur Entwicklung kostengünstiger, leichter Solarzellen für künftige Weltraumanwendungen hilfreich sein werden", sagte Ho-Baillie.