从大面积MoS₂获得高特异功率灵活光伏,用于太空应用

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 纳米技术 纳米技术
• 可再生能源可再生能源是可再生能源.

背景情况:

• 由于其独特的电子和光学特性,二维 (2D) 过渡金属二甲基化物 (TMDC) 对光伏 (PV) 应用具有前景.
• 灵活和轻量级的太阳能电池对于太空应用非常理想,在太空应用中,质量和体积是关键限制.

研究的目的:

• 为空间结构建模,制造和表征大面积CVD培养的基于MoS₂的灵活光伏.
• 评估这些二维光伏在空间相关条件下的性能,耐用性和潜力,包括辐射暴露和机械应力.
• 进行技术经济分析,将二维光伏与用于太空部署的传统板进行比较.

主要方法:

• 在聚胺基底上使用大面积CVD培养的MoS₂单层与聚胺封装的聚胺基底制造灵活的光伏设备.
• 在 1 日 AM0 照明下设备性能的表征,包括开通电路电压 (V_OC) 和特定功率.
• 通过重复曲测试和暴露于1 MeV电子辐射来评估设备的稳定性.
• 6U CubeSat应用的技术经济分析.

主要成果:

• 亚纳米厚的MoS₂单层设备实现了0.180V的V_OC和0.001kW/kg的特定功率.
• 模型预测显示,一个100纳米厚的MoS2吸收器的潜在特异功率为12.97kW/kg.
• 设备在曲到半径为5毫米后保持性能,并在暴露于辐射后显示性能增加,可能是由于缺陷愈合.
• 技术经济分析显示,与Si面板相比,2D光伏阵列为立方卫星提供2个数量级更高的特定功率和更低的部署成本.

结论:

• 大面积CVD种植的基于MoS₂的灵活光伏适用于太空应用,提供高特异功率和辐射耐受性.
• 聚胺封装剂对性能影响最小,更厚的MoS₂层可以显著提高特定功率.
• 基于2D TMDC的光伏电池为太空发电提供了的引人注目的替代品,特别是对于像CubeSats这样的小型卫星平台.