新型太陽能電池首入太空

2020-08-17 中國能源報

德國研究人員首次將鈣鈦礦和有機太陽能電池通過火箭送入太空。該太陽能電池經受住了太空中極端條件的考驗，通過陽光直射和地球表面的反射光產生能量。這項研究日前發表在《焦耳》上，為未來的近地應用和潛在的深空任務奠定了基礎。

太空任務的目標之一就是將火箭攜帶的設備重量減到最小。雖然目前用於太空任務和衛星的無機矽太陽能電池板效率很高，但它們非常笨重和剛性。作為新興技術的混合鈣鈦礦和有機太陽能電池，因其難以置信的輕便和靈活性，成為未來應用的理想候選者。

「在這個行業中，重要的不是效率，而是每個重量單位產生的電能，也就是所謂的功率係數。」慕尼黑工業大學資深作者Peter Müller-Buschbaum說，「在火箭飛行過程中，這種新型太陽能電池的功率達7~14mW/cm2。」

文章第一作者、慕尼黑工業大學Lennart Reb說：「如果將1千克的太陽能電池轉移到超薄箔片上，就可以覆蓋200多平方米的面積，產生的電能可以滿足300個標準100瓦燈泡的使用。這是現有技術的10倍多。」

2019年6月，火箭在瑞典北部發射，進入太空並達到240千米的高度。位於有效載荷上的鈣鈦礦和有機太陽能電池，成功經受住了火箭飛行中的極端條件——從發射時的隆隆聲和高溫，到太空中的強紫外線和超高真空。「火箭發射是一大步，乘坐火箭真的就像進入了一個不同的世界。」Reb說。

除了在太空中高效工作，鈣鈦礦和有機太陽能電池也可以在低光條件下工作。當沒有光線直射時，傳統太陽能電池通常會停止工作，功率輸出變為零。然而，研究小組發現，即便沒有直接暴露在陽光下，從地球表面反射的微弱漫射光也能增加鈣鈦礦和有機太陽能電池的能量輸出。

「這是一個很好的暗示，也證實了這種技術可以用於所謂的深空任務，即把它們送到遠離太陽的太空中，標準的太陽能電池無法在那裡工作。」Müller-Buschbaum說，「這種技術的未來真的很令人興奮，可以將這些太陽能電池用於未來更多的太空任務。」

但是在向太空發射更多新的太陽能電池之前，Müller-Buschbaum說，這項研究的局限性之一是火箭在太空中停留的時間很短，總時間只有7分鐘。下一步是在太空中進行長期應用，如在衛星上使用，以了解電池的壽命、長期穩定性和全部潛力。

「這是鈣鈦礦和有機太陽能電池首次進入太空，這是一個裡程碑。」Müller-Buschbaum說，「這為將此類太陽能電池更多應用於太空鋪平道路。從長遠來看，這也可能有助於將這些技術更廣泛地應用於我們的陸地環境。」

相關論文信息：http://doi.org/10.1016/j.joule.2020.07.004

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