隨著一支新的機(jī)器人探險(xiǎn)隊(duì)的到來(lái)，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(shí)候，美國(guó)宇航局雄心勃勃的"露西"任務(wù)將搶走一些風(fēng)頭。露西號(hào)將于10月16日發(fā)射，執(zhí)行一項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)十幾年的任務(wù)，它將前往木星，即木星軌道上的遙遠(yuǎn)小行星。

以前對(duì)外太陽(yáng)系的探索大多依靠昂貴的放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器，如旅行者號(hào)和新視野號(hào)探測(cè)器。相反，露西號(hào)攜帶了一對(duì)太陽(yáng)能電池板陣列。它們像巨大的手扇一樣展開(kāi)，每個(gè)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(yáng)能電池板離太陽(yáng)更遠(yuǎn)--之前的記錄是朱諾號(hào)，它目前在木衛(wèi)二軌道上。

露西的航天器結(jié)構(gòu)和機(jī)制負(fù)責(zé)人凱蒂-奧克曼（KatieOakman）說(shuō)："太空的"極端電力要求"幾乎是太陽(yáng)能陣列如此巨大和驚人的原因的關(guān)鍵?！?/p>

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

條件各不相同，但太空中的光伏技術(shù)面臨著一些挑戰(zhàn)。即使在地球的簡(jiǎn)陋軌道上，衛(wèi)星也在大氣層的保護(hù)之外運(yùn)行。這意味著天基太陽(yáng)能電池板在極度寒冷和高溫之間面臨著劇烈的溫度波動(dòng)。而且這種陽(yáng)光是不同的：比如說(shuō)，它比我們?cè)诘孛嫔峡吹降挠懈嘧贤饩€。

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太空中還有一個(gè)危險(xiǎn)：電離輻射。地球軌道上的太陽(yáng)能電池板可能面臨范艾倫帶的漩渦，而其他地方的太陽(yáng)能電池板可能需要承受太陽(yáng)的太陽(yáng)風(fēng)。隨著時(shí)間的推移，這種輻射會(huì)侵蝕太陽(yáng)能電池的有效性。一塊太陽(yáng)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(jì)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(shè)計(jì)者很快就開(kāi)始研究所謂的多結(jié)（MJ）III-V型太陽(yáng)能電池，用多種材料層制成，每種材料吸收不同波長(zhǎng)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(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的科學(xué)家RyanFrance說(shuō)，航天工業(yè)使用III-V型太陽(yáng)能電池已經(jīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間了。

NREL在過(guò)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(yáng)光下效率達(dá)到47%，優(yōu)于硅光伏電池。

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然而，在地球上，MJ電池面臨著一個(gè)經(jīng)濟(jì)障礙：硅光電池的低成本和壓倒性的市場(chǎng)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(lái)，硅電池的價(jià)格已經(jīng)下降了60倍，這種下降幾乎沒(méi)有停止的跡象。

到目前為止，MJ電池主要用于集中式太陽(yáng)能發(fā)電，它使用鏡子或透鏡來(lái)集中和加強(qiáng)太陽(yáng)能電池板上的太陽(yáng)光。這產(chǎn)生了令人印象深刻的效率數(shù)字，但在實(shí)驗(yàn)室之外，它還無(wú)法與廉價(jià)的硅競(jìng)爭(zhēng)。

但是NREL的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)將他們的目標(biāo)從50%的性能轉(zhuǎn)移到了降低MJ電池的成本上。France說(shuō)，我們?cè)绞墙档统杀?，我們可能擁有的市?chǎng)就越多。他們希望為MJ電池的新應(yīng)用鋪平道路，盡管目前還不清楚所有這些應(yīng)用可能是什么。

但更便宜的太陽(yáng)能電池?zé)o疑將反過(guò)來(lái)有利于太空應(yīng)用。而且?jiàn)W克曼認(rèn)為，像露西這樣的展開(kāi)式太陽(yáng)能電池板在人類的外世界未來(lái)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(shuō)："如果我們想繼續(xù)向外太陽(yáng)系發(fā)送航天器，那么我認(rèn)為在未來(lái)有各種機(jī)會(huì)使用這種類型的設(shè)計(jì)。"