隨著一支新的機器人探險隊的到來，太空觀察世界的目光現(xiàn)在可能定格在火星上，但今年晚些時候，美國宇航局雄心勃勃的"露西"任務將搶走一些風頭。露西號將于10月16日發(fā)射，執(zhí)行一項長達十幾年的任務，它將前往木星，即木星軌道上的遙遠小行星。

以前對外太陽系的探索大多依靠昂貴的放射性同位素熱電發(fā)生器，如旅行者號和新視野號探測器。相反，露西號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，每個陣列的直徑為6米（20英尺）。超越木星軌道將使露西比之前的任何太陽能電池板離太陽更遠--之前的記錄是朱諾號，它目前在木衛(wèi)二軌道上。

露西的航天器結(jié)構(gòu)和機制負責人凱蒂-奧克曼（KatieOakman）說："太空的"極端電力要求"幾乎是太陽能陣列如此巨大和驚人的原因的關鍵。”

這意味著將光電池研究推向與專注于開發(fā)地球上使用的太陽能的研究不同的方向。雖然廉價的硅光電池為地球上的清潔能源過渡提供了動力，但太空太陽能必須依靠其他類型的太陽能電池板。

條件各不相同，但太空中的光伏技術面臨著一些挑戰(zhàn)。即使在地球的簡陋軌道上，衛(wèi)星也在大氣層的保護之外運行。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：比如說，它比我們在地面上看到的有更多紫外線。

太空中還有一個危險：電離輻射。地球軌道上的太陽能電池板可能面臨范艾倫帶的漩渦，而其他地方的太陽能電池板可能需要承受太陽的太陽風。隨著時間的推移，這種輻射會侵蝕太陽能電池的有效性。一塊太陽能電池在地球同步軌道（約36,000公里（22,000英里）高）上待了15年，其有效性將下降到80%左右。

20世紀50年代和60年代的非常早期的衛(wèi)星使用了硅光電池。但設計者很快就開始研究所謂的多結(jié)（MJ）III-V型太陽能電池，用多種材料層制成，每種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。

位于丹佛郊外科羅拉多州金市的國家可再生能源實驗室（NREL）的科學家RyanFrance說，航天工業(yè)使用III-V型太陽能電池已經(jīng)有相當長的一段時間了。

NREL在過去幾十年里率先推出了MJIII-V電池，最近，研究人員將MJ電池推向了被吹噓的50%的效率里程碑。大多數(shù)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(jié)電池，在集中的陽光下效率達到47%，優(yōu)于硅光伏電池。

把它帶回地球

然而，在地球上，MJ電池面臨著一個經(jīng)濟障礙：硅光電池的低成本和壓倒性的市場支配地位，結(jié)合在一起，使得MJ電池的商業(yè)化舉步維艱。自1980年以來，硅電池的價格已經(jīng)下降了60倍，這種下降幾乎沒有停止的跡象。

到目前為止，MJ電池主要用于集中式太陽能發(fā)電，它使用鏡子或透鏡來集中和加強太陽能電池板上的太陽光。這產(chǎn)生了令人印象深刻的效率數(shù)字，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(xiàn)在已經(jīng)將他們的目標從50%的性能轉(zhuǎn)移到了降低MJ電池的成本上。France說，我們越是降低成本，我們可能擁有的市場就越多。他們希望為MJ電池的新應用鋪平道路，盡管目前還不清楚所有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太空應用。而且奧克曼認為，像露西這樣的展開式太陽能電池板在人類的外世界未來也有一席之地--特別是在木星附近，那里的溫度和光照水平比地球附近要低得多。

她說："如果我們想繼續(xù)向外太陽系發(fā)送航天器，那么我認為在未來有各種機會使用這種類型的設計。"