Dr. Lyndsey McMillon-Brown, NASA araştırma elektrik mühendisi, hardal rengini görmekten başka bir şey beklemiyordu. NASA’nın Glenn Araştırma Merkezi’nde (Cleveland) yönettiği ilk uzay uçuşu deneyinde, yeni bir malzeme olan perovskitin dayanıklı olup olmadığını ve uzayın sert ortamında hayatta kalıp kalamayacağını incelemek için Uluslararası Uzay İstasyonu’nda 10 ay boyunca test edilen numunesini açtığında sevinçle bağırdı. Film, gelecekteki uzay görevlerinde kullanılmak üzere uygun olup olmadığını kanıtladı.
McMillon-Brown’ın uzay istasyonunda test edilen numunesi, bu yeni malzemenin – perovskit adı verilen – dayanıklı olup uzayın zorlu ortamında hayatta kalıp kalamayacağını incelemek için NASA’nın Glenn Araştırma Merkezi tarafından yürütülen ilk uzay uçuşu gösteriminin bir parçasıydı. Gördüğü koyu renk, denemenin başarılı olduğuna dair erken bir işaretti.
Koyu siyah renk, perovskit filminin ışığı emme konusundaki en verimli formunda olduğunu gösterirken, sarı renk, kristal malzemenin kurşun iyodüre dönüştüğünü ve güneş hücreleri için kullanışsız hale geldiğini gösterirdi.
McMillon-Brown şunları söyledi: “Gönderdiğimizde tam olarak ne bekleyeceğimizi bilmiyorduk. Bu, bir kapıyı açmak gibi ve diğer tarafta ne olacağını bilememek gibiydi.”
İnsanlık, Ay ve Mars’ta uzun vadeli bir varlık kuracaksa, astronotların barınaklarını ve bilim enstrümanlarını sürdürebilmeleri için güvenilir güç kaynaklarına ihtiyaçları olacaktır. NASA araştırmacıları, perovskitin, şu anda silikon veya periyodik tablo III ve V grubu elementlerinden yapılanlardan daha ince, daha ucuz, daha hafif ve daha esnek olan güneş hücrelerinde kullanılabileceğini düşünüyor.
Perovskitler Dünya’da deneysel olarak test edilmiş olmasına rağmen, uzaya gitmek malzemenin vakum, aşırı sıcaklıklar, radyasyon ve ışık stresine eş zamanlı olarak maruz kalmasına neden olabilir.
McMillon-Brown şunları söyledi: “Uluslararası Uzay İstasyonu gibi, bunları aynı anda tüm bu çılgın şeylere maruz bırakacak hiçbir yer yere benzetme, böyle bir makine yok.”
1 inçlik bir uçuş numunesi, laboratuvarda 2019’un başlarında oluşturuldu. İnce film sıkı güvenlik gereksinimlerini karşıladıktan sonra, 2020’nin Mart ayında Uluslararası Uzay İstasyonu’na gitmek üzere fırlatıldı ve Materyaller Uluslararası Uzay İstasyonu Deneyi (MISSE) adlı bir parçası olarak uzay istasyonuna gitmeye başladı. Astronotlar, valiz benzeri MISSE platformunu açmak ve onu uzay istasyonunun dışına monte etmek için bir uzay yürüyüşü yaptılar, böylece perovskit ve diğer deneyleri uzayın aşırı koşullarına maruz bıraktılar.
Yaklaşık bir yıl boyunca yörüngede dönen ve doğrudan güneş ışığına maruz kalan filmler, 2021’in Ocak ayında Dünya’ya geri döndü. Numune, Kaliforniya Merced Üniversitesi’ndeki (UC Merced) ortaklar tarafından analiz edildi ve Sayantani Ghosh Profesör liderliğindeki bir ekip tarafından incelendi. Bilim insanları, numunenin neler olduğunu ve karşılaştırma için yerde kalan bir kontrol numunesi ile karşılaştırdı. Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarındaki ortaklar da uçuş sonrası analize katkıda bulundu.
Araştırmacıların iki temel sonucu vardı. Yörüngede sıcaklık dalgalanmaları sürekli olarak numuneyi küçülttü ve genişletti, böylece numuneye stres uygulayarak ve onun ışıkla nasıl etkileşime girdiğini değiştirerek. Ancak şaşırtıcı bir şey keşfettiler – uzayda seyahat eden perovskitin Dünya’da ışıkla yıkandığında, biriken stresi gevşettiğini ve güneş ışığını emme özelliklerinin geri geldiğini, aynı koşullara maruz kaldığında kontrol numunesinin bozulduğunu keşfettiler.
Bu, McMillon-Brown’a göre değerli bir özelliktir, çünkü bu, perovskit güneş hücrelerinin uzun süreli görevler sırasında uzayda kullanılabileceği anlamına gelir.
McMillon-Brown şunları söyledi: “Tam olarak uzay ortamının filminize bu süper gücü veren şeyi bilmiyoruz.”
Diğer sonuç, uzaydaki sıcaklıkların perovskit kristallerinin düzenini nasıl etkilediğiydi ve bu da ışığı nasıl daha iyi emdirdiğini değiştirdi.
McMillon-Brown şunları ekledi: “Uzaydaki kişinin, uzun süre boyunca olumlu bir düzeni sürdürebilmesi ve çok daha düşük sıcaklıklarda çalışabilmesi, bu malzeme için güçlü bir avantajdır.”
Bundan sonra, McMillon-Brown ve ekibi, perovskitin uzay ortamında nasıl dönüştüğünü belirli parçalarını izole ediyorlar. Ve yakında, ilk numune geri gönderildikten sonra uzay istasyonunda uçmuş tam perovskit güneş hücresi deneylerinin sonuçlarını inceleyecekler.
McMillon-Brown şunları söyledi: “Bu malzemelerin asla uzayın sert ortamıyla başa çıkabilecek kadar güçlü olabileceğine birçok insan şüpheyle yaklaştı. Sadece hayatta kalmakla kalmıyorlar, bazı yönlerden gelişiyorlar. Araştırmamızın uygulamalarını düşünmeyi seviyorum ve mevcut güneş teknolojileri ile gerçekleştirilemeyen görevlerin güç ihtiyaçlarını karşılayabileceğimizi bilmek güzel.”