Lyndsey McMillon-Brown esperaba ver cualquier cosa menos amarillo mostaza. Cuando el ingeniero eléctrico de investigación de la NASA abrió la foto de una pequeña muestra, una muestra de película no más grande que una nota adhesiva, dejó escapar una ovación. La película todavía era de color negro oscuro después de pasar 10 meses en la Estación Espacial Internacional, lo que demuestra que el innovador material de células solares de su equipo es adecuado para su posible uso en futuras misiones espaciales.

La muestra probada por la estación espacial McMillon-Brown fue parte de la primera demostración de vuelo espacial dirigida por el Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland para explorar si este nuevo material, llamado perovskita, es duradero y puede sobrevivir al duro entorno del espacio. El color oscuro que vio fue una indicación temprana de que la demostración había sido exitosa.

El negro oscuro significaba que la película de perovskita estaba en su forma más eficiente para absorber la luz, mientras que el amarillo habría significado que el material cristalino se había degradado en yoduro de plomo, que no es útil para las células solares.

«No sabíamos cuándo lo enviamos exactamente qué esperar», dijo McMillon-Brown. «Fue como abrir una puerta y no saber qué va a estar al otro lado».

Si la humanidad quiere establecer una presencia a largo plazo en la Luna y Marte, los astronautas necesitarán fuentes de energía confiables para mantener sus hábitats e instrumentos científicos. Los investigadores de la NASA creen que la perovskita podría usarse en células solares que son más delgadas, más baratas, más livianas y más flexibles que las que actualmente están hechas de silicio o elementos del grupo III y V en la tabla periódica.

Aunque las perovskitas habían sido sometidas a los ritmos experimentales en la Tierra, volar en el espacio significaba que el material podía ser golpeado por el vacío, las temperaturas extremas, la radiación y los factores estresantes de la luz simultáneamente.

«No hay un análogo terrestre, ninguna máquina que le haga todas esas locuras al mismo tiempo como la Estación Espacial Internacional», dijo McMillon-Brown.

La muestra de vuelo de 1 pulgada por 1 pulgada se creó en un laboratorio a principios de 2019. Una vez que la película delgada cumplió con estrictos requisitos de seguridad, se disparó a la estación espacial en marzo de 2020 como parte del Experimento de la Estación Espacial Internacional de Materiales (MISSE). Los astronautas realizaron una caminata espacial para abrir la plataforma MISSE en forma de maleta y unirla al exterior de la estación espacial, exponiendo la perovskita y otros experimentos a las condiciones extremas del espacio.

Después de lanzarse a toda velocidad en órbita y sumergirse dentro y fuera de la luz solar directa durante casi un año, la película regresó a la Tierra en enero de 2021. La muestra fue analizada por socios de la Universidad de California Merced, dirigidos por el profesor Sayantani Ghosh, donde los científicos estudiaron lo que le sucedió y la compararon con una muestra de control que permaneció en el suelo. Los socios del Laboratorio Nacional de Energía Renovable también contribuyeron al análisis posterior al vuelo.

Los investigadores tuvieron dos conclusiones clave. Los cambios de temperatura durante la órbita se encogieron y expandieron constantemente la muestra, ejerciendo presión sobre ella y cambiando la forma en que interactuaba con la luz. Pero descubrieron algo sorprendente: cuando la perovskita que viaja por el espacio se bañó en luz en la Tierra, su estrés acumulado se relajó y sus cualidades de absorción de luz solar se restauraron, a diferencia de la muestra de control, que se degradó cuando se expuso a las mismas condiciones.

Esta es una cualidad valiosa, dice McMillon-Brown, porque significa que las células solares de perovskita podrían usarse en el espacio durante misiones de larga duración.

«No sabemos exactamente qué pasa con el entorno espacial que le dio a nuestra película este superpoder», dijo.

La otra conclusión fue que las temperaturas en el espacio influyeron en cómo se organizaron los cristales de perovskita, cambiando la forma en que absorbían la luz para mejor.

«El hecho de que el que está en el espacio mantenga una disposición favorable durante más tiempo y pueda trabajar a temperaturas mucho más bajas también es un gran beneficio para este material», dijo McMillon-Brown.

A continuación, McMillon-Brown y su equipo están aislando qué partes específicas del entorno espacial transformaron la perovskita. Y pronto, revisarán los resultados de experimentos completos de células solares de perovskita que han volado en la estación espacial en el tiempo transcurrido desde que se devolvió la primera muestra.

«Mucha gente dudaba de que estos materiales pudieran ser lo suficientemente fuertes como para lidiar con el duro entorno del espacio», dijo McMillon-Brown. «No solo sobreviven, sino que de alguna manera, prosperaron. Me encanta pensar en las aplicaciones de nuestra investigación y que vamos a ser capaces de satisfacer las necesidades de energía de las misiones que no son factibles con las tecnologías solares actuales».

Esta investigación fue financiada por el Fondo de Innovación del Centro y la Iniciativa de Carrera Temprana en la Dirección de Misión de Tecnología Espacial de la NASA.

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Fuente: NASA