Cette photographie montre le lancement de la fusée-sonde avec l’expérience OHSCIS à bord au cours de la campagne MAPHEUS 8 à l’European Space and Sounding Rocket Range à Kiruna, Suède en juin 2019.Crédit: DLR MORABA
Pour la première fois, des chercheurs allemands ont envoyé de la pérovskite et des cellules solaires organiques sur une fusée dans l’espace. Les cellules solaires ont résisté aux conditions extrêmes de l’espace, produisant de l’énergie à partir de la lumière directe du soleil et de la lumière réfléchissante de la surface de la Terre. L’ouvrage, publié le 12 août 2020 dans la revue Joule, jette les bases d’une future application proche de la Terre ainsi que d’éventuelles missions spatiales lointaines.
L’un des objectifs des missions spatiales est de minimiser le poids des équipements transportés par la fusée. Alors que les panneaux solaires en silicium inorganique actuels utilisés dans les missions spatiales et les satellites ont des rendements élevés, ils sont également très lourds et rigides. La technologie émergente de la pérovskite hybride et des cellules solaires organiques incroyablement légères et flexibles devient un candidat idéal pour de futures applications.
Cette photographie montre le lancement de la fusée-sonde avec l’expérience OHSCIS à bord au cours de la campagne MAPHEUS 8 à l’European Space and Sounding Rocket Range à Kiruna, Suède en juin 2019.Crédit: DLR MORABA
«Ce qui compte dans ce secteur, ce n’est pas l’efficacité, mais la puissance électrique produite par poids, que l’on appelle puissance spécifique», explique l’auteur principal Peter Müller-Buschbaum de l’Université technique de Munich en Allemagne. «Le nouveau type de cellules solaires a atteint des valeurs comprises entre 7 et 14 milliwatts par centimètre carré pendant le vol de la fusée.»
« Transféré sur des feuilles ultra-minces, un kilogramme (2,2 livres) de nos cellules solaires couvrirait plus de 200 mètres carrés (2153 pieds carrés) et produirait suffisamment d’énergie électrique pour jusqu’à 300 ampoules standard de 100 W », déclare d’abord auteur Lennart Reb, de l’Université technique de Munich en Allemagne. «C’est dix fois plus que ce que propose la technologie actuelle.»
Cette photo montre le professeur Peter Müller-Buschbaum (à gauche) et Lennart Reb (à droite) dans les laboratoires de la Chaire des matériaux fonctionnels de l’Université technique de Munich avec l’expérience’Organic and Hybrid Solar Cells In Space ‘(OHSCIS) entre leurs mains. Crédit: Wei Chen, Chaire des matériaux fonctionnels, Université technique de Munich
En juin 2019, la fusée a été lancée dans le nord de la Suède, où la fusée est entrée dans l’espace et a atteint 240 kilomètres (149 miles) d’altitude. La pérovskite et les cellules solaires organiques, situées au niveau de la charge utile, ont résisté avec succès à des conditions extrêmes pendant le trajet de la fusée – des forces de grondement et de la chaleur au décollage à la forte lumière UV et au vide ultra-poussé dans l’espace. «La fusée a été un grand pas en avant», dit Reb. «Aller à la fusée, c’était vraiment comme entrer dans un monde différent.»
En plus de fonctionner efficacement dans l’espace, la pérovskite et les cellules solaires organiques peuvent également fonctionner dans des conditions de faible luminosité. Lorsqu’il n’y a pas de lumière directe sur la cellule solaire traditionnelle, la cellule cesse généralement de fonctionner et la puissance de sortie devient nulle. Cependant, l’équipe a découvert une production d’énergie alimentée par la faible lumière diffuse réfléchie par la surface de la Terre par la pérovskite et les cellules solaires organiques qui n’étaient pas exposées à la lumière directe du soleil.
«C’est un bon indice et confirme que la technologie peut aller dans ce qu’on appelle des missions dans l’espace lointain, où vous les enverriez loin dans l’espace, loin du soleil, là où les cellules solaires standard ne fonctionneraient pas», déclare Müller -Buschbaum. «Il y a un avenir vraiment passionnant pour ce type de technologie, amenant ces cellules solaires dans plus de missions spatiales à l’avenir.
Mais avant de lancer davantage de nouvelles cellules solaires dans l’espace, Müller-Buschbaum affirme que l’une des limites de l’étude est le peu de temps passé par la fusée dans l’espace, où le temps total était de 7 minutes. La prochaine étape consiste à utiliser des applications spatiales à long terme, telles que les satellites, pour comprendre la durée de vie des cellules, leur stabilité à long terme et leur plein potentiel.
«C’est la toute première fois que ces cellules solaires pérovskites et organiques se retrouvent dans l’espace, et c’est vraiment une étape importante», déclare Müller-Buschbaum. «Ce qui est vraiment cool, c’est que cela ouvre désormais la voie pour amener ces types de cellules solaires à plus d’applications dans l’espace. À long terme, cela pourrait également contribuer à amener ces technologies à une utilisation plus large dans notre environnement terrestre. »
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Référence: «Perovskite and Organic Solar Cells on a Rocket Flight» par Lennart K. Reb, Michael Böhmer, Benjamin Predeschly, Sebastian Grott, Christian L. Weindl, Goran I. Ivandekic, Renjun Guo, Christoph Dreißigacker, Roman Gernhäuser, Andreas Meyer et Peter Müller-Buschbaum, 12 août 2020, Joule.
DOI: 10.1016 / j.joule.2020.07.004
Les auteurs ont reçu le soutien financier de la Deutsche Forschungsgemeinschaft, de l’École supérieure internationale pour les matériaux fonctionnels écologiquement responsables de l’Université de Munich et de TUM.solar.
