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Leichtere, bessere Solarmodule für lange Weltraummissionen gesucht

Satelliten wie Sentinel-1 benötigen eine verlässliche Stromversorgung. (Bildquelle: ESA/Mlabspace)
Satelliten wie Sentinel-1 benötigen eine verlässliche Stromversorgung. (Bildquelle: ESA/Mlabspace)
Siliziumzellen werden in der Strahlung der Sonne zerstört, In-Ga-Zellen sind schwer und teuer. Zeit für eine bessere Stromversorgung im All - positive Auswirkungen auf heimische Solaranlagen nicht ausgeschlossen.

Die altbekannte, robuste und auch recht leichte Solarzelle auf Basis von Silizium ist im Weltall nicht zu gebrauchen. Durch den beständigen Beschuss mit Protonen wird der Elektronenfluss unterbrochen, was zu einem sehr schnellen Leistungsabfall führt.

Auf der Erdoberfläche stellen diese Protonen, deren Energie noch im Bereich der weichen Strahlung liegt und im Grunde nicht weiter gefährlich ist, kein Problem dar. Schließlich fangen Magnetfeld und Atmosphäre sie ab. Und gelingt das mal nicht ganz, gibt es ein paar schöne Polarlichter zu beobachten.

Warum eigentlich Protonen? Genauer genommen handelt es sich um Wasserstoffkerne, den Hauptbestandteil der Sonne, die ohne ihr Elektronen nur noch Protonen sind.

Der aktuelle Standard bei der Stromversorgung von Satelliten und der ISS besteht aus Indium und Gallium. Derartige Solarzellen zeigen sich überaus robust, sind aber schwer, nicht sehr flexibel und kostspielig. Das hört sich ziemlich genau nach dem Gegenteil dessen an, was man beim Start eines neuen Satelliten in die Trägerrakete laden möchte.

Überraschend stabile organische Moleküle

Untersuchungen der University of Michigan zeigen nun in Versuchen, die eine dreijährige Strahlenbelastung mit Protonen simulieren, dass organische Solarzellen auf Basis von Kohlenwasserstoffketten eine bemerkenswerte Robustheit aufweisen. Wobei noch ein zusätzlicher Faktor berücksichtigt werden muss.

Diese hohe Verlässlichkeit setzt kurze Alkylketten voraus. Bei längeren Alkylresten mit vier oder mehr Kohlenstoffatomen schlagen die Protonen der Sonnenstrahlung einzelne Wasserstoffatome heraus und bilden mit ihnen geladene H2-Moleküle.

Da diese längeren Moleküle jedoch einen besseren Wirkungsgrad aufweisen, zeigten weitere Nachforschungen, dass sich diese organischen Solarzellen thermisch wiederherstellen lassen. Weil die benötigten Temperaturen von 370 Kelvin beziehungsweise knapp 100 Grad Celsius im Sonnenlicht zu erreichen sind, wäre auch der Einsatz dieser Technik denkbar. Ein höherer Wartungsaufwand müsste aber eingepreist werden.

Grundlegend sehen die Forschenden in beiden Methoden der Stromerzeugung Potential. Bedenkt man zudem, dass die Zahl der Satelliten für Kommunikation und Observation weiter steigen wird und neue bemannte Missionen geplant sind, könnten sich Fortschritte auf dem Gebiet auszahlen. Womöglich auch für die Photovoltaik auf dem eigenen Dach - es wäre nicht das erste Mal.

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> Notebook Test, Laptop Test und News > News > Newsarchiv > News 2025-01 > Leichtere, bessere Solarmodule für lange Weltraummissionen gesucht
Autor: Mario Petzold, 15.01.2025 (Update: 15.01.2025)