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科学家利用模拟月球尘埃制造出太阳能电池，有可能解决太空探索的最大挑战之一：如何在远离地球的地方产生可靠的能源。这些新电池由钙钛矿和月球玻璃制成，比传统的太空太阳能电池板更轻、更便宜、更耐辐射。更棒的是，它们可以使用月球材料制成，大大降低发射成本，使未来的月球基地更加可行。如果在真实的月球条件下成功，这些月球制造的太阳能电池板可以为整个外星殖民地提供电力。
利用原始风化层在月球上制造太阳能电池的未来愿景。图中的机器人负责获取原始风化层并将其运送到生产设施，生产基于钙钛矿的月球太阳能电池。之后，自动探测车或宇航员将安装生产的太阳能电池，为未来的月球栖息地甚至城市供电。图片来源：Sercan Özen
粘在宇航员靴子上的月球尘埃有朝一日可能会为他们的居住地提供电力。在今天（4 月 3 日）发表在《设备》杂志上的一项研究中，研究人员利用模拟月球尘埃开发了太阳能电池。这些电池能有效地将阳光转化为电能，抵抗辐射损伤，并能减少从地球运输重型材料的需要，从而解决太空探索的主要挑战之一：产生可靠的能源。
“目前太空中使用的太阳能电池非常惊人，效率可达 30% 甚至 40%，但这种效率是有代价的，”德国波茨坦大学的首席研究员 Felix Lang 说道。“它们非常昂贵，而且相对较重，因为它们使用玻璃或厚箔作为覆盖物。很难证明将所有这些电池都送入太空是合理的。”
朗和他的团队正在探索一种更可持续的替代方案：使用已经在月球上发现的材料制造太阳能电池。他们提议使用月球风化层（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。这一改变可以将航天器的发射质量减少 99.4%，运输成本降低 99%，并支持长期月球基地的发展。
为了测试这个想法，研究人员将一种模拟月球尘埃的物质熔化成月玻璃，并用它制造出一种新型太阳能电池。他们将月玻璃与钙钛矿配对，制作出这种电池。钙钛矿是一种更便宜、更容易制造、能非常高效地将阳光转化为电能的晶体。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。
月球风化层模拟物、月球玻璃和月球太阳能电池。插图显示了横截面显微照片和钙钛矿晶体结构
“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，”朗说。“此外，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，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，并使电池更耐辐射。
研究团队发现，制作月尘玻璃非常简单。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%。
然而，月球也带来了地球没有的挑战。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。
“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，”朗说。“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。”
编译自/ScitechDaily
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