全球首次使用，超越美国国际空间站，中国空间站使用电池究竟多牛

电能是空间站的生命力,整个空间站的技术设计将取决于电源系统发电和配电方面的设计方案。很多人很好奇，中国天宫空间站重达 90 吨，空间站那么大，啥电池带得动？

这就是天宫空间站的黑科技——柔性砷化镓太阳能电池。我们要知道国际空间站电力一直由一套8个112英尺（34米）长的硅太阳能电池阵列提供。

那中国采用的柔性砷化镓太阳能电池和美国采用的硅太阳能电池相比，先进在哪里呢？

砷化镓太阳能电池是什么

我们要知道，太阳能电池的发现是人类能源史上的一次革命，发展前景十分广阔。III-V 族半导体材料是继锗(Ge)和硅(Si)材料之后发展起来的一类重要太阳能电池材料，这类材料有许多优点，如具有直接带隙的能带结构，光吸收系数大，只需几微米的厚度就能充分吸收太阳光等。

砷化镓是III-V 族半导体材料的典型代表，禁带宽度 Eg 是 1.43eV，（理论计算表明，当Eg在 1.2~1.6eV范围时，转换效率最高）与太阳光谱匹配，是理想的太阳能电池材料。

和硅材料太阳能电池相比，砷化镓太阳能电池具有更高的光电转换效率，砷化镓太阳能电池有单结型、双结型和三结型，其中三结砷化镓太阳能电池光电转换效率可以达到50%以上，远远高于Si 太阳能电池的最高理论效率 23%。

而且砷化镓材料太阳能电池具有明显的优势，在可见光范围内， 砷化镓材料的光吸收系数远高于 Si 材料。同样吸收95%的太阳光，砷化镓太阳能电池只需 5 ～ 10 μm 的厚度，而硅太阳能电池则需大于 150 μm。因此， 砷化镓太阳能电池能制成薄膜结构，质量大幅减小。

砷化镓具有良好的抗辐射性能，空间太阳能电池在地球大气层外工作，必然会受到高能带电粒子的辐照，电子或质子辐射使少数载流子的扩散长度减小，会引起电池性能的衰减，砷化镓为直接禁带材料，少数载流子寿命较短，在离结几个扩散度外产生的损伤，对光电流和暗电流均无影响，因此其抗高能粒子辐照的性能优于间接禁带的硅太阳能电池。

砷化镓具有更好耐高温性能，其最大功率下的温度系数远小于硅 太阳电池，200℃时硅太阳能电池停止工作，而砷化镓太阳能电池仍可以 10%的效率继续工作。

中国采用的三结砷化镓柔性太阳能电池究竟多牛

而我国正是采用的三结砷化镓太阳能电池组成的太阳能光伏发电系统，它由4对太阳翼帆板组成，放置在实验舱末端的桁架上。

中国采用的三结砷化镓太阳能电池还是柔性电池，这是三结砷化镓太阳能电池在全球首次使用。由三结砷化镓太阳能电池组成的柔性太阳电池翼，功率重量比高，光电转换效率可达 30% 以上，供电功率甚至能够达到100千瓦左右。

很多人对这个没有概念，国际空间站这个400吨的大胖子，三个实验舱，仅仅31个科研机柜；而两个巨大桁架上的4对太阳能电池板，供电功率仅有90千瓦，而且还必须外挂散热片才可以，这也意味着中国天宫空间站供电能力反超国际空间站。

尽管发电能力可提高1倍，但柔性翼收拢体积则减少了20%，柔性翼双翼展开面积可达134 平方米，全部收拢后只有一本书的厚度，仅为刚性太阳翼的 1/15，大幅扩大了空间站各舱段的有效空间，提升了安装载荷能力，满足空间站各项科学试验需求。

天宫空间站硬是塞入了16个科学实验柜和7个预留实验柜，而国际空间站在大了9倍的空间中，也不过只有37个。在塞入了24个实验柜之后，天宫空间站依然保留了大量的航天员的活动空间，并没有因此就把空间站搞得拥挤不堪，从而保证航天员在空间站中的日常生活。

另外，柔性翼在基板采用超薄型轻质复合材料，对用来防护空间环境的胶层的涂覆厚度也进行了严格控制，相比之前载人航天任务最长2年的设计寿命来说，空间站的在轨运行时间需要提升至15年，这意味着柔性太阳电池阵将克服太空中的苛刻条件，让核心舱的在轨运行寿命大大延。

这项技术是中国电科18所研制的，太阳电池光电转换效率、太阳电池阵输出功率、设计寿命等各项性能指标均达到国际先进水平，全部技术均实现自主可控。

当然，也有人有疑问了，天宫空间站如此强的供电功率是不是有些浪费，之所以天宫空间站拥有如此大的供电功率，是为了以后作准备，天宫空间站共分为三大舱段，包含一个核心舱以及两个实验舱，呈 T 字形排列。三舱组合体有 60 多吨重，可对接载人飞船、货运飞船。

空间站实际上还可以支持发射第四个舱与之对接，空间站的构型是可以变化的，也留了安装载荷的挂点、平台等，通过新的对接机构深圳可以进一步扩展至 5~6 个舱段。而如此的供电功率将可以满足未来的舱段变化。

美国看了眼馋

中国在砷化镓太阳能电池的研究上可以说领先世界，美国都看了眼馋，美国为此还选择了和汉能旗下美国子公司Alta Devices(汉能阿尔塔)的砷化镓薄膜太阳能技术合作，汉能阿尔塔其单结太阳能电池效率达到29.1%，创下新的世界纪录。汉能在砷化镓电池领域，保持双结电池(31.6%)、单结电池(29.1%)、量产组件(25.1%)转换率等多项全球领先水平。

目前，美国国家航空航天局在国际空间站上对汉能阿尔塔的砷化镓薄膜太阳能技术展开为期一年的测试，以评估其未来是否可用于NASA低轨道飞行任务，包括为立方体卫星提供动力。

个人认为汉能不应该将砷化镓薄膜太阳能技术出售给美国，美国会有将其军用的可能性。

可以说，中国天宫空间站采用的砷化镓太阳能电池，将会在空间电源领域占据主导地位，必将成为 21 世纪卫星航天器的主电源。