La même saleté qui s'accroche aux bottes des astronautes peut un jour garder leurs lumières allumées. Dans une étude publiée dans Appareilles chercheurs ont créé des cellules solaires en poussière de lune simulée. Les cellules convertissent la lumière du soleil en énergie efficace, résistent aux dommages causés par les rayonnements et atténuent le besoin de transporter des matériaux lourds dans l'espace, offrant une solution potentielle à l'un des plus grands défis de l'exploration spatiale: des sources d'énergie fiables.
« Les cellules solaires utilisées dans l'espace sont désormais incroyables, atteignant des efficacités de 30% à 40%, mais cette efficacité a un prix », a déclaré le chercheur principal Felix Lang de l'Université de Potsdam, en Allemagne. « Ils sont très chers et sont relativement lourds car ils utilisent du verre ou du papier d'aluminium épais. Il est difficile de justifier de soulever toutes ces cellules dans l'espace. »
Au lieu de transporter des cellules solaires de la Terre, l'équipe de Lang envisage des matériaux disponibles sur la lune elle-même. Ils visent à remplacer le verre fabriqué par la Terre par du verre fabriqué à partir de régolithe lunaire – les débris de surface lâches et lâches de la Lune. Ce changement à lui seul pourrait réduire la masse de lancement d'un vaisseau spatial de 99,4%, réduire 99% des coûts de transport et rendre les colonies lunaires à long terme plus possibles.
Pour tester l'idée, les chercheurs ont fait fondre une substance conçue pour simuler la poussière de lune dans le Moonglass et l'ont utilisée pour construire un nouveau type de cellule solaire. Ils ont conçu les cellules en jumelant Moonglass à la pérovskite – une classe de cristaux qui est moins chère, plus facile à faire et très efficace pour transformer la lumière du soleil en électricité. Pour chaque gramme de matériau envoyé dans l'espace, les nouveaux panneaux produisent jusqu'à 100 fois plus d'énergie que les panneaux solaires traditionnels.
« Si vous coupez le poids de 99%, vous n'avez pas besoin de cellules solaires ultra-efficaces à 30%, vous en faites plus sur la lune », explique Lang. « De plus, nos cellules sont plus stables contre le rayonnement, tandis que les autres se dégraderaient avec le temps. »
Lorsque l'équipe a zappé les cellules solaires avec un rayonnement de niveau spatial, les versions Moonglass ont surpassé les versions faites par terre. Le verre standard brunisse lentement dans l'espace, bloquant la lumière du soleil et réduisant l'efficacité. Mais Moonglass a une teinte brune naturelle des impuretés dans la poussière de la lune, qui stabilise le verre, l'empêche de s'assombrir et rend les cellules plus résistantes au rayonnement.
Faire du Moonglass, a découvert l'équipe, est étonnamment simple. Il ne nécessite pas de purification complexe et la lumière du soleil concentrée peut fournir les températures extrêmes nécessaires pour faire fondre le régolithe lunaire dans le verre. En peaufinant l'épaisseur du Moonglass et en affinant la composition de la cellule solaire, l'équipe a réussi à atteindre 10% d'efficacité. Avec un Moonglass plus clair qui laisse plus lumière, ils croient qu'ils pourraient atteindre 23%.
Pourtant, la lune pose des défis que la Terre ne fait pas. Une gravité plus faible pourrait changer la façon dont Moonglass se forme. Les solvants actuellement utilisés pour traiter la pérovskite ne fonctionneront pas dans le vide de la lune. Les sautes de température sauvage pourraient menacer la stabilité des matériaux. Pour savoir si leurs cellules solaires de poussière de lune sont vraiment viables, l'équipe espère lancer une expérience à petite échelle sur la lune pour les tester dans de vraies conditions lunaires.
« De l'extraction de l'eau pour le carburant à la construction de maisons avec des briques lunaires, les scientifiques ont trouvé des moyens d'utiliser la poussière de la lune », explique Lang. « Maintenant, nous pouvons également le transformer en cellules solaires, fournissant peut-être l'énergie dont une future ville lunaire aura besoin. »
