10个月的航程证明太阳能电池材料在太空中存活并蓬勃发展

LyndseyMcMillon-Brown博士希望看到芥末黄以外的任何东西。当这位美国宇航局研究电气工程师点击打开一个小型太阳能电池材料样品的照片时——一张不比便签纸大的胶片——她发出了一声欢呼。

在国际空间站度过10个月后，这部电影仍然是深黑色，证明她的团队的创新太阳能电池材料适用于未来的太空任务。

McMillon-Brown的空间站测试样品是美国宇航局位于克利夫兰的格伦研究中心领导的首次太空飞行演示的一部分，旨在探索这种名为钙钛矿的新材料是否耐用并能在恶劣的太空环境中生存。她看到的深色是演示成功的早期迹象。

深黑色意味着钙钛矿薄膜处于吸收光的最有效形式，而黄色则意味着晶体材料已经降解为碘化铅，这对太阳能电池没有用处。

“我们不知道什么时候发送它会发生什么，”McMillon-Brown说。“这有点像打开了一扇门，却不知道另一边会是什么。”

如果人类要在月球和火星上长期存在，宇航员将需要可靠的电源来维持他们的栖息地和科学仪器。

NASA研究人员认为，钙钛矿可用于比目前由硅或元素周期表中第III族和V族元素制成的太阳能电池更薄、更便宜、更轻且更灵活的太阳能电池。

尽管钙钛矿已经在地球上进行了实验，但在太空中飞行意味着这种材料可能同时受到真空、极端温度、辐射和光应力的冲击。

“没有地面模拟，没有机器可以像国际空间站那样同时对它做所有这些疯狂的事情，”麦克米伦-布朗说。

这个1英寸x1英寸的飞行样品于2019年初在实验室制作。一旦薄膜满足严格的安全要求，它便于2020年3月作为材料国际空间站实验(MISSE)的一部分发射到空间站).

宇航员进行太空行走，打开类似手提箱的MISSE平台并将其连接到空间站外部，将钙钛矿和其他实验暴露在太空的极端条件下。

在轨道上飞驰并在阳光直射下进进出出近一年后，这部电影于2021年1月返回地球。

该样本由加州大学默塞德分校的合作伙伴在SayantaniGhosh教授的带领下进行了分析，科学家们在那里研究了样本的情况，并将其与留在地面上的对照样本进行了比较。国家可再生能源实验室的合作伙伴也为飞行后分析做出了贡献。

研究人员有两个要点。轨道期间的温度波动不断收缩和膨胀样品，对它施加压力并改变它与光相互作用的方式。但他们发现了一些令人惊讶的事情——当太空旅行的钙钛矿在地球上沐浴在阳光下时，其累积的应力得到放松，其吸收阳光的特性得到恢复，这与对照样品不同，对照样品在相同条件下会降解。

McMillon-Brown说，这是一种宝贵的品质，因为这意味着钙钛矿太阳能电池可以在长期任务期间用于太空。

“我们并不确切知道是什么太空环境给了我们的电影这种超能力，”她说。

另一个要点是，太空温度会影响钙钛矿晶体的排列方式，从而更好地改变它们吸收光的方式。

McMillon-Brown说：“事实上，太空中的这种材料能够保持更长时间的有利排列，并且可以在低得多的温度下工作，这也是这种材料的一大优势。”

接下来，McMillon-Brown和她的团队正在隔离太空环境的哪些特定部分改变了钙钛矿。很快，他们将梳理自第一个样本返回以来在空间站上飞行的完整钙钛矿太阳能电池实验的结果。

“很多人怀疑这些材料是否足够坚固以应对恶劣的太空环境，”麦克米伦-布朗说。“他们不仅活了下来，而且在某些方面还茁壮成长。我喜欢思考我们研究的应用，我们将能够满足当前太阳能技术无法实现的任务的电力需求。”