Ayda gelecekte yapılacak üslerin enerji ihtiyacını karşılamak için ay yüzeyinde bulunan Regolit adı verilen heterojen madde kullanılarak güneş panelleri üretilmesi için bir yöntem geliştirildi.

Ülkeler, Ay'ın kaynaklarından istifade edebilmek ve Ay'da sürdürülebilir bir insan varlığı oluşturmak için yarışmakta ve bu hedefe engel olan sorunları çözmek için araştırmalara devam etmektedir. Bu sorunlardan bir tanesi de Ay'da yapılacak bir üssün enerji ihtiyacını karşılamak için bir enerji kaynağının sağlanmasıdır. Uzay görevlerinin neredeyse tamamında güneş panelleri kullanılmaktadır. Fakat Ay'da kurulacak bir üs için gerekecek yüksek miktarda güneş panelinin Ay'a taşınması, birçok lojistik zorluğa ve yüksek maliyete neden olacaktır.

Bu bağlamda, Device by Cell Press dergisinde yayımlanan yeni bir çalışmada, Ay yüzeyindeki bol miktarda bulunan regolitin ve Dünya’dan getirilen halojenür perovskitlerin kullanıldığı yeni bir güneş paneli üretim yöntemini önermektedir.

Uzay görevlerindeki en büyük kısıtlamalardan biri ağırlıktır. Yapılan araştırma, güneş panellerinin en ağır bileşeni olan camın, Ay üzerinde bulunan kaynaklardan üretilmesi için bir yöntem sunmaktadır. Böylece Ay'da kurulacak üs için lojistik engellerin üstesinden gelinmesi amaçlanmaktadır.

Geleneksel Uzay Güneş Panellerinin Sınırlamaları

Uzay görevlerinde yaygın olarak kullanılan III-V yarı iletken bazlı "multi junction (çok katmanlı)" güneş panelleri, %30’un üzerinde güç verimliliğine sahip olmalarına rağmen birim ağırlıkta verdikleri güçleri sınırlıdır:

• Hücre seviyesi: ~50 W/kg
• Modül seviyesi: ~300 W/kg

Yeni geliştirilen açılır yapıdaki gelişmiş panellerle bu değerler:

• Hücre seviyesi: ~200 W/kg
• Modül seviyesi: ~1.000 W/kg

Ancak bu sistemlerin Ay'a taşınması oldukça maliyetli olmakla birlikte birçok lojistik kısıt da bulunmaktadır.

Regolit ve Perovskit Kullanımının Avantajları

Araştırmacılar, Ay yüzeyindeki regolitin eritilerek "Ay camı" üretilebileceğini ve bu camın üzerine perovskit tabakası uygulanarak yüksek performanslı güneş panelleri üretilebileceğini göstermektedir. Bu yaklaşımın başlıca avantajları ise:

• Taşıma Yükünü %99 Azaltma: Yeni yöntemde Dünya’dan yalnızca 0.2 g/cm²'lik bir perovskit ve elektrot malzemesi getirilmesi yeterlidir. Bu, malzeme taşıma gereksinimini klasik sistemlere göre %99 azaltır.
• Yüksek Spesifik Güç: Panelin toplam özgül gücü 22.000–50.000 W/kg aralığında ölçülmüştür. Bu değer, klasik sistemlere kıyasla 20 ila 100 kat daha yüksektir.
• Radyasyon Direnci: Ay camı, çok yüksek gama ve x-ışını radyasyon seviyelerine maruz kaldığında bile ışığı geçirmeyi sürdürmek üzere tasarlanan Seryum katkılı camlarla aynı seviyede bir radyasyon toleransı sergilemektedir.

Üretim Süreci ve Uygulanabilirlik

Önerilen üretim süreci Ay yüzeyinde düşük teknolojili ekipmanlarla gerçekleştirilebilir:

1. Regolitin Eritilmesi: Parabolik ayna veya fresnel lens ile güneş ışığı odaklanarak ~1.400°C sıcaklık elde edilir. Bu sıcaklıkta regolitin camsı faza geçmesi ve levha haline getirilmesi sağlanır.
2. Perovskit Katmanın Eklenmesi: Hazırlanan Ay camının üzerine, Dünya’dan getirilen az miktarda perovskit çözeltisi dökülerek spin-coating veya blade-coating teknikleri ile film oluşturulur. Üzerine iletken elektrotlar yerleştirilerek panel tamamlanır.

Panelin laboratuvar testlerinde güç dönüşüm verimi %9,3 olarak ölçülmüş ve bu sistemlerin büyük ölçekli kurulumlarla 1 kW/m² güç üretimi yapabileceği hesaplanmıştır. Üretilen panelin enerji dönüşümü verimi, geleneksel teknolojilerin veriminin altında olmasına rağmen bu yeni yöntemin yapılabilmesi için dünyadan az miktarda malzeme getirilmesi gerekmektedir. Böylece dünyadan gönderilmesi gereken yük üzerinden verim hesaplandığı zaman yeni yöntemin enerji verimliliği daha fazla olmaktadır.

Sonuç ve Değerlendirme

Ay'da enerji üretimi için regolit ve perovskit bazlı güneş panellerinin kullanımı, malzeme taşıma maliyetlerini dramatik biçimde düşürmekte ve sürdürülebilir enerji üretimi sağlayarak gelecekteki Ay yerleşimleri için sürdürülebilir bir çözüm sunmaktadır. Dayanıklılığı, düşük üretim enerjisi ihtiyacı ve hafifliği sayesinde bu yöntem, Ay görevleri için çığır açıcı potansiyele sahiptir. Ay regoliti ve perovskit ile üretilen güneş hücrelerinin gerçekten uygulanabilir olup olmadığını öğrenmek için ekip, Ay'a küçük ölçekli bir deney göndererek bunları gerçek Ay koşullarında test etmeyi amaçlamaktadır.

Bu sistem, sadece enerji üretimi değil, aynı zamanda gelecekteki Ay sanayisinin ilk adımlarından biri olarak da değerlendirilebilir.