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

太空任務(wù)的目標(biāo)之一就是將火箭攜帶的設(shè)備重量減到最小。雖然目前用于太空任務(wù)和衛(wèi)星的無機(jī)硅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(shù)的混合鈣鈦礦和有機(jī)太陽能電池，因其難以置信的輕便和靈活性，成為未來應(yīng)用的理想候選者。

“在這個(gè)行業(yè)中，重要的不是效率，而是每個(gè)重量單位產(chǎn)生的電能，也就是所謂的功率系數(shù)。”慕尼黑工業(yè)大學(xué)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(dá)7~14mW/cm2。”

文章第一作者、慕尼黑工業(yè)大學(xué)Lennart Reb說：“如果將1千克的太陽能電池轉(zhuǎn)移到超薄箔片上，就可以覆蓋200多平方米的面積，產(chǎn)生的電能可以滿足300個(gè)標(biāo)準(zhǔn)100瓦燈泡的使用。這是現(xiàn)有技術(shù)的10倍多。”

2019年6月，火箭在瑞典北部發(fā)射，進(jìn)入太空并達(dá)到240千米的高度。位于有效載荷上的鈣鈦礦和有機(jī)太陽能電池，成功經(jīng)受住了火箭飛行中的極端條件——從發(fā)射時(shí)的隆隆聲和高溫，到太空中的強(qiáng)紫外線和超高真空。“火箭發(fā)射是一大步，乘坐火箭真的就像進(jìn)入了一個(gè)不同的世界。”Reb說。

除了在太空中高效工作，鈣鈦礦和有機(jī)太陽能電池也可以在低光條件下工作。當(dāng)沒有光線直射時(shí)，傳統(tǒng)太陽能電池通常會停止工作，功率輸出變?yōu)榱?。然而，研究小組發(fā)現(xiàn)，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(jī)太陽能電池的能量輸出。

“這是一個(gè)很好的暗示，也證實(shí)了這種技術(shù)可以用于所謂的深空任務(wù)，即把它們送到遠(yuǎn)離太陽的太空中，標(biāo)準(zhǔn)的太陽能電池?zé)o法在那里工作。”Müller-Buschbaum說，“這種技術(shù)的未來真的很令人興奮，可以將這些太陽能電池用于未來更多的太空任務(wù)。”

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

“這是鈣鈦礦和有機(jī)太陽能電池首次進(jìn)入太空，這是一個(gè)里程碑。”Müller-Buschbaum說，“這為將此類太陽能電池更多應(yīng)用于太空鋪平道路。從長遠(yuǎn)來看，這也可能有助于將這些技術(shù)更廣泛地應(yīng)用于我們的陸地環(huán)境。”

相關(guān)論文信息：http://doi.org/10.1016/j.joule.2020.07.004

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