利用原始風化層在月球上制造太陽能電池的模擬圖。圖中機器人負責獲取原始風化層并將其運送到生產(chǎn)設(shè)施，安裝生產(chǎn)后的太陽能電池可為未來月球棲息地甚至城市供電。圖片來源：德國波茨坦大學

科技日報記者 張夢然

在最新一期《設(shè)備》雜志發(fā)表的研究中，德國波茨坦大學團隊報告了他們模擬月球塵埃制造出一種新型太陽能電池。這項創(chuàng)新為太空探索中的能源供應(yīng)問題提供解決方案，特別是考慮到將重型材料送入太空的挑戰(zhàn)。

當前，用于太空任務(wù)的太陽能電池效率極高，可達30%到40%，但其高昂的成本和重量限制了它們的應(yīng)用。新研究目標是通過使用月球表面松散的巖石碎片（即月球風化層）制成的玻璃來替代地球制造的覆蓋物，從而減輕航天器的發(fā)射質(zhì)量和運輸成本。據(jù)估計，僅此一項改變就能使航天器的發(fā)射成本劇降，這極大地提升了長期月球定居的可能性。

團隊首先熔化了一種模擬月球塵埃的物質(zhì)，制成了所謂的“月玻璃”，并用它與鈣鈦礦結(jié)合制作出了太陽能電池。鈣鈦礦因其低廉的成本、易于制造以及高效的光電轉(zhuǎn)換能力而被選用。實驗結(jié)果顯示，這種新方法每輸送一克材料到太空所產(chǎn)生能量是傳統(tǒng)太陽能電池板的100倍。

此外，當受到太空級別的輻射照射時，“月玻璃”太陽能電池表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)地球制造的版本。標準玻璃在太空中會逐漸變黃，導(dǎo)致陽光透過率下降和效率降低，而“月玻璃”因其中的雜質(zhì)呈現(xiàn)自然棕色，能夠穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，防止進一步暗化，并增強對輻射的抵抗力。

研究還表明，制造“月玻璃”的過程相對簡單，只需集中太陽光即可達到將月球風化層熔化成玻璃所需的高溫，無需復(fù)雜的凈化過程。通過調(diào)整“月玻璃”厚度及優(yōu)化太陽能電池成分，已實現(xiàn)了10%的轉(zhuǎn)換效率，團隊認為如果能提高“月玻璃”的透明度，效率可提升至23%。

這項研究標志著在開發(fā)可持續(xù)且經(jīng)濟有效的太空能源解決方案方面邁出了重要一步。

總編輯圈點

相比將太陽能電池從地球運送到遙遠的月球，直接利用月球塵埃制造太陽能電池可謂“就地取材”，極大地降低了運輸成本。設(shè)想一下，人類可以先在月球上采集塵埃、巖石等物質(zhì)，提純出太陽能電池所需的原材料。然后再利用3D打印技術(shù)批量生產(chǎn)太陽能電池，從而為宇航員和月球探測設(shè)備提供長期能源和動力。在遙遠的未來，若人類建立月球基地，這樣的太陽能電池也可以成為太空電力的重要來源，保障月球基地正常運轉(zhuǎn)。