从月球尘埃到太阳能电池，太空能源新突破

科学家利用模拟月球尘埃制造出太阳能电池，这种电池具有轻、便宜、耐辐射等优点，还能使用月球材料降低发射成本。文中介绍了其制作过程、优势以及面临的挑战，最后表示希望在真实月球条件下测试其可行性。

在太空探索的征程中，一直存在着一个巨大的挑战，那就是如何在远离地球的地方产生可靠的能源。而如今，科学家们带来了令人振奋的消息，他们利用模拟月球尘埃制造出了太阳能电池，这一成果极有可能解决上述难题。

有这样一幅关于未来的美好愿景：利用原始风化层在月球上制造太阳能电池。图中可以看到，机器人负责获取原始风化层并将其运送到生产设施，在那里基于钙钛矿的月球太阳能电池被生产出来。之后，自动探测车或者宇航员会将生产好的太阳能电池进行安装，从而为未来的月球栖息地甚至城市供电。图片来源：Sercan Özen

你能想象吗？曾经粘在宇航员靴子上的月球尘埃，有朝一日或许会为他们的居住地提供电力。在4月3日发表于《设备》杂志的一项研究中，研究人员借助模拟月球尘埃开发出了太阳能电池。这些电池有着诸多出色的特性，它们能够有效地将阳光转化为电能，还能抵抗辐射损伤，同时大大减少了从地球运输重型材料的需求，进而解决了太空探索中产生可靠能源这一主要挑战。

德国波茨坦大学的首席研究员 Felix Lang 指出：“目前太空中使用的太阳能电池效率非常惊人，可达 30% 甚至 40%，但这种高效率是有代价的。它们不仅非常昂贵，而且相对较重，因为它们使用玻璃或厚箔作为覆盖物。要把所有这些电池都送入太空，实在很难证明其合理性。”

于是，Lang 和他的团队开始探索一种更可持续的替代方案，那就是使用已经在月球上发现的材料来制造太阳能电池。他们提出，用月球风化层（也就是月球松散的岩石表面）来制造太阳能电池板玻璃，而不是从地球运送玻璃。这一改变意义重大，可以将航天器的发射质量减少 99.4%，运输成本降低 99%，有力地支持了长期月球基地的发展。

为了验证这个想法，研究人员将一种模拟月球尘埃的物质熔化成月玻璃，并用它制造出了一种新型太阳能电池。他们把月玻璃与钙钛矿配对，制作成了这种电池。钙钛矿是一种晶体，它更便宜、更容易制造，并且能非常高效地将阳光转化为电能。每送入太空一克材料，新电池板产生的能量比传统太阳能电池板高出 100 倍。

这里展示的是月球风化层模拟物、月球玻璃和月球太阳能电池。插图还显示了横截面显微照片和钙钛矿晶体结构。

Lang 表示：“如果重量减轻 99%，就不需要超高效的 30% 太阳能电池，只需在月球上制造更多。而且，我们的电池对辐射更稳定，而其他电池会随着时间的推移而退化。”

当研究小组用太空级辐射照射太阳能电池时，发现月球玻璃版的表现优于地球制造的太阳能电池。标准玻璃在太空中会慢慢变黄，阻挡阳光并降低效率。但月球玻璃因月球尘埃中的杂质而呈现天然的棕色，这可以稳定玻璃，防止其进一步变暗，从而使电池更耐辐射。

研究团队还发现，制作月尘玻璃的过程非常简单。它不需要复杂的净化，仅靠集中的阳光就能提供将月球风化层融化成玻璃所需的极端温度。通过调整月玻璃的厚度和微调太阳能电池的成分，该团队成功实现了 10% 的效率。他们相信，如果月玻璃更清晰，能够让更多光线进入，效率可以达到 23%。

不过，月球也带来了一些地球没有的挑战。较低的重力可能会改变月玻璃的形成方式。目前用于处理钙钛矿的溶剂在月球真空中不起作用。剧烈的温度波动可能会威胁材料的稳定性。为了确定他们的月尘太阳能电池是否真正可行，该团队希望向月球发射一个小规模的实验，在真实的月球条件下进行测试。

Lang 说：“从提取水作为燃料到用月球砖建造房屋，科学家们一直在寻找利用月球尘埃的方法。现在，我们还可以将其转化为太阳能电池，可能为未来的月球城市提供所需的能源。”

本文介绍了科学家利用模拟月球尘埃制造太阳能电池的研究成果。这种电池具有轻、便宜、耐辐射等优势，能利用月球材料降低发射成本，为太空探索中能源问题提供了新的解决方案。不过，该电池在月球实际应用中还面临一些挑战，研究团队计划进行真实月球条件下的测试。