Photo： Dennis Schroeder/NRELScientists prepare their new 6-junction solar cell for testing on the T-HIPSS tool in the Solar Energy Research Facility （SERF）。

隨著新一批機器人探險隊的到來，觀察太空世界的目光現在可能會聚焦在火星上，但今年晚些時候，美國宇航局（NASA）雄心勃勃的 “露西（Lucy） ”任務將搶走一些風頭。10月16日，露西發射升空，執行了長達10多年的任務，她將前往特洛伊群島，即木星軌道上的遙遠小行星。

以前大多數對外太陽系的探索都依賴昂貴的放射性同位素熱電發電機，比如Voyager號和New Horizons號探測器。相反，露西攜帶了一對太陽能電池板陣列。它們像巨大的手扇一樣展開，每個陣列直徑6米（20英尺）。超越木星軌道將使露西比以往任何一塊太陽能電池板都離太陽更遠 —— 之前的記錄是朱諾號（Juno），它目前在木衛二軌道上。

露西的航天器結構和機構負責人Katie Oakman說，目前的“極端電力需求”是“太陽能電池板如此巨大和驚人的原因的關鍵所在”。

這就意味著要把光體積研究從不同的方向推進到專注于開發用于地球的太陽能的研究。雖然廉價的硅光伏電池為地球的清潔能源轉型提供了燃料，但太空太陽能必須依賴其他類型的太陽能電池板。這意味著天基太陽能電池板在極度寒冷和高溫之間面臨著劇烈的溫度波動。而且這種陽光是不同的：例如，它的紫外線比我們在地面上看到的要多。

太空中還有另一種危險：電離輻射。地球軌道上的太陽能電池板可能面臨范艾倫帶（Van Allen belts）的漩渦，而其他地方的太陽能電池板可能需要經受住太陽風的考驗。隨著時間的推移，這種輻射會侵蝕太陽能電池的效率。一個太陽能電池在地球同步軌道上運行15年，大約36000公里（22000英里）高，其有效性將下降到80%左右。

20世紀50年代和60年代的早期衛星使用硅光伏電池。但設計師很快就開始研究所謂的多結（MJ）III-V太陽能電池，這種電池由多層材料制成，每層材料吸收不同波長的光。MJ電池的效率更高，在太空的非地球條件下更有彈性，而且更輕。

“由于這些原因，航天工業使用III-V太陽能電池已經有相當長的一段時間了，”位于丹佛郊外科羅拉多州戈爾登市的國家可再生能源實驗室（National Renewable Energy Laboratory，NREL）的科學家Ryan France說。

NREL在過去幾十年里率先推出了MJ III-V電池，最近，研究人員將MJ電池推向了號稱效率達到50%的里程碑。大多數MJ電池由三層組成，但在2020年，NREL的研究人員提出了一種六結電池，在集中的陽光下效率達到47%，優于硅光伏電池。

Bringing it Back to Earth

然而，在地球上，MJ電池面臨著一個經濟障礙：硅光伏電池的低成本和壓倒性的市場支配地位，加在一起，使MJ電池商業化成為一場斗爭。自1980年以來，硅電池價格下跌了60倍，這種下跌幾乎沒有停止的跡象。

到目前為止，MJ電池主要用于聚光太陽能，利用鏡子或透鏡將太陽光聚焦并增強到太陽能電池板上。這產生了令人印象深刻的效率數據，但在實驗室之外，它還無法與廉價的硅競爭。

但是NREL的研究人員現在已經把他們的注意力從50%的性能指標上轉移到降低MJ電池的成本上?！拔覀冊绞墙档统杀荆盕rance表示，“我們就可能擁有更多的市場?！彼麄兿Ｍ麨镸J電池可以獲得新的應用鋪平道路，盡管目前還不清楚這些應用可能是什么。

但更便宜的太陽能電池無疑將反過來有利于空間應用。Oakman認為，像露西這樣展開的太陽能電池板在人類的未來也有一席之地，尤其是在木星附近，那里的溫度和光照水平比地球附近要低得多。

“如果我們想繼續向外太陽系發射宇宙飛船，”她說，“那么我認為未來有各種各樣的機會使用這種設計。”

編輯：jq