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為了降低用于太空發(fā)電的專業(yè)光伏組件成本，例如火星車和太空探測(cè)器中使用的光伏組件，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的研究人員將把鈣鈦礦太陽(yáng)電池送入太空，評(píng)估這些電池在太空中的潛在用途以及所用材料的耐久性。

制成后，這些電池將被運(yùn)往為材料國(guó)際空間站實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(MISSE)準(zhǔn)備樣品的Alphaspace公司并安排搭乘SpaceX航班發(fā)射到國(guó)際空間站。

其中8個(gè)樣品計(jì)劃在8月發(fā)射，另一組25個(gè)樣品將在2022年春季發(fā)射。作為MISSE計(jì)劃的一部分，這些樣本將被固定在軌道平臺(tái)外部， 預(yù)計(jì)這些鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和材料將在國(guó)際空間站中度過六個(gè)月的時(shí)間。

作為一個(gè)軌道研究實(shí)驗(yàn)室和觀測(cè)站，國(guó)際空間站在包括天文學(xué)、物理學(xué)和材料科學(xué)在內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

克利夫蘭美國(guó)宇航局Glenn研究中心光電組電子工程師Timothy Peshek表示："我們沒有通過在地面真空室中模擬空間環(huán)境來(lái)欺騙自己，而是以這樣一種方式來(lái)證明這種新興技術(shù)。” "這是在真實(shí)環(huán)境中的操作。"

地球上的太陽(yáng)能電力往往是由硅組件生產(chǎn)的。其他光伏技術(shù)，例如太空中使用的技術(shù)，依賴的是周期表中III列(硼、鋁、鎵和銦)和V列(氮、磷、砷和銻)材料。科學(xué)家們已經(jīng)進(jìn)行了試驗(yàn)，通過在硅層上堆疊III-V電池來(lái)提高被捕獲的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電力的效率。在典型的陸地太陽(yáng)光譜下測(cè)量時(shí)，硅太陽(yáng)能電池的最高效率約為26%。地球上的太陽(yáng)光譜與太空中的太陽(yáng)光譜是不同的。

NREL高級(jí)科學(xué)家、項(xiàng)目共同顧問、鈣鈦礦技術(shù)專家Joseph Luther表示，"在輻射測(cè)試設(shè)施中進(jìn)行的地球?qū)嶒?yàn)表明，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池對(duì)輻射的耐受性令人驚訝，它們很薄，這非常有用。大部分的輻射會(huì)直接穿過它們。

相對(duì)于鈣鈦礦，硅要厚上幾百倍。由于產(chǎn)能高，硅也非常便宜。對(duì)地面光伏應(yīng)用來(lái)說，硅是非常不錯(cuò)的選擇。但在太空中，它太厚了，輻射沖擊到表面時(shí)會(huì)被吸收，這損害了電池，帶來(lái)了問題。”

"我們對(duì)匹配III-V太陽(yáng)能電池的效率非常感興趣，但要在極其輕巧的電池設(shè)計(jì)中才能做到這一點(diǎn)。“"鈣鈦礦可以沉積在塑料或金屬箔之類的材料上，這些相對(duì)來(lái)說比較輕。"

美國(guó)宇航局正在推進(jìn)的一項(xiàng)任務(wù)是降低將有效載荷送入軌道的價(jià)格，輕質(zhì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池符合這一任務(wù)的要求。

太陽(yáng)能電池的效率在離開NREL之前就已經(jīng)測(cè)量過了，在返回時(shí)會(huì)再次測(cè)量。會(huì)對(duì)飛行前后的電池和電池組成材料的特征進(jìn)行分析。根據(jù)研究人員的說法，鈣鈦礦電池和材料在旅行中的狀況性能會(huì)即刻顯現(xiàn)。

美國(guó)宇航局Glenn研究中心的研究工程師Lyndsey McMillon-Brown表示："鈣鈦礦太陽(yáng)能電池需要的是黑色相。這種薄膜是漆黑的。當(dāng)它們發(fā)生衰減時(shí)，會(huì)變成一種黃黃的芥末色。所以，我們希望返回時(shí)看到的是黑色薄膜。"

從鈣鈦礦太空之旅中獲得的經(jīng)驗(yàn)有助于用于地面的技術(shù)。McMillon-Brown表示， "我們?cè)谔罩忻媾R的是一些非常極端的事件。比如極端的溫度循環(huán)，極端的紫外線照射。在地球上時(shí)，仍然會(huì)有紫外線照射，仍然會(huì)有溫度循環(huán)。"

"它只是沒有那么迅速和頻繁而已。我們的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和發(fā)現(xiàn)會(huì)發(fā)揮作用，讓鈣鈦礦更有市場(chǎng)，在地球上獲得更高的商業(yè)市場(chǎng)份額，我們一直都是這么認(rèn)為的。"

最近，來(lái)自Milano-Bicocca大學(xué)、羅馬Tor Vergata大學(xué)和麻省理工學(xué)院的科學(xué)家們制造了一個(gè)熱耦合電分離混合熱電光伏系統(tǒng)，據(jù)稱這種系統(tǒng)可以回收光伏裝置的廢熱并產(chǎn)生額外電力。

去年，美國(guó)宇航局曾將以色列Ben-Gurion大學(xué)開發(fā)的太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)送往國(guó)際空間站。 

原標(biāo)題：美國(guó)將開啟鈣鈦礦電池太空試驗(yàn)