太阳能电池板能在比邻星工作吗

近年来，太阳能电池板技术取得了显着进步，太阳能已成为增长最快的可再生能源。我们今天拥有的太阳能电池板是太空中使用的太阳能电池板的副产品。

如果你想为卫星或载人航天器提供动力，只有两种方法：太阳能或核能。在这两者中，只有太阳能不受您带上飞机的燃料量的限制。当我们考虑前往其他恒星系统时，这就提出了一个问题：太阳能电池板能否在其他恒星附近工作?

太阳能电池板通过所谓的光电效应产生电压。这种效应最早是在1800年代发现的，当时科学家注意到带电金属行星在暴露于紫外线时会释放出电子。这导致人们发现光由称为光子的量子粒子组成。不久之后出现了一些利用该效应发电的例子，但第一个真正的太阳能电池直到1900年代中期才出现。

从那时起，研究的重点就集中在使太阳能电池更轻、更便宜、更高效。现代太阳能电池板不仅可以利用紫外线，还可以利用可见光，在某些情况下还可以利用红外线。但所有这些设计都是为了利用太阳而设计的，太阳发出的大部分光都在绿色范围内，并发出大量的紫外线。但大多数系外行星都围绕红矮星运行，这些恒星在红色或红外光中具有峰值亮度，并且发射很少的紫外线。

如果我们想访问附近的行星系统，例如比邻星系统，那么我们需要拥有能够利用红矮星星光的太阳能电池板。

这是《科学报告》最近一项研究的主题。作者研究了太阳能电池板在一系列恒星光谱下的效率，特别是比较了太阳和比邻星。他们的研究重点是有机光伏发电(OPV)，这种光伏发电既轻便又灵活。这将使太阳能电池板能够应用于大型太阳帆，这是早期星际探测器的常见设计元素。

OPV是一项年轻的技术，但与更成熟的硅基电池相比，它们具有优势，因为它们可以调谐到不同的波长。太阳能电池的效率及其产生最多能量的波长取决于所谓的带隙。

本质上，与电池材料结合的电子必须从光子中捕获足够的能量，以跨越带隙进入导带，然后它们可以在导带中作为电流流动。使用不同的有机材料，我们可以调整带隙以最适合可用的光。

研究小组发现，虽然较宽的带隙适用于阳光，但比邻星的光需要较窄的带隙。例如，模拟宽带隙太阳能电池对于太阳光的理论效率为18.9%，但对于比邻星的理论效率仅为0.9%。相比之下，窄带隙模型对于比邻星的理论效率为12.6%。

因此太阳能电池板可以利用红矮星发电。但一个主要缺点仍然存在。由于红矮星产生的光比太阳少得多，即使效率很高，单个太阳能电池也不会产生几乎我们可以从太阳收集的能量。

星际太阳能电池板需要变得更大，这将大大增加其重量和成本。但这是可能的，进一步的材料研究可能会找到更有效的光发电方法。