3D绒面太阳电池将在太空中接受测试

本刊 付甜甜

2013年注定是科技创新的大年，最近两个月有关碳纳米管的科技创新有如雨后春笋般涌出:2月份浙江大学研究出世界最轻固体材料碳纳米管纤维材料；斯坦福的研究团队随后发现碳纳米管或将成为硅芯片的替代材料；3月研究显示日本近红外线照射碳纳米管可杀死癌细胞；现如今，3D绒面太阳电池计划明年进入太空空间站进行实验的消息，将有助于进一步增加碳纳米管的市场需求。

据悉一种3D绒面太阳电池明年将会被放置到国际空间站（ISS）外面进行测试实验，在那里太阳电池将体验每天16次的“日出”，充分接收太阳光的照射，这也是严苛性能实验的一部分。

佐治亚理工大学材料学的教授雷迪（W.Jud Ready）最近提交了一项3D绒面太阳电池的提案。这项提案是由他首次提出的，主要研究3D绒面太阳电池在太空的工作性能。目前，这项提案已经被组织管理国际空间站内实验的空间科学研究中心(CASIS)所接纳。这种新型电池是由碳纳米管制成，并且其外表覆盖了一层光吸收材料。3D绒面太阳电池将在明年的某个时间搭乘某顺风车送达国际空间站。

雷迪说：“太阳电池板将被放置在被人们称作日本实验舱后沿的地方实验。毫不夸张的说就是被接入到一个USB端口上。”

一种正在实验中的3D绒面太阳电池将会被放置到国际空间站外面进行测试。

国际空间站已经多年担任了科学家、专家学者甚至是学生们的轨道实验室。通常情况下，实验都是在空间站内进行的。太阳电池板的安装将成为首批在国际空间站外部纳米支架上进行的实验之一。

国际空间站绕行地球一周的时间是一个半小时，这样3D绒面太阳电池板就可以从任何方向和角度接受阳光的照射。如此一来，雷迪和他的团队便能够更加快速地对这一结构的有效性能进行测试。

雷迪说：“如果你想在地球上对所有配置进行实验，那是非常困难的。”

雷迪团队将会对具有最佳尺寸和电池间距，并涂有铜锌锡硫混合物的太阳电池进行测试。

雷迪的3D绒面薄膜太阳电池已经在地球上进行了测试，并且与相同成分的平板/未绒面化薄膜电池相比，性能更佳。因为电池具有3D结构（在显微镜下观察时就像是成千上百万个的摩天大楼），所以当太阳光照射在电池上时，光线会被反射到更深的结构内部，并被捕捉而不是被反射走。

雷迪说：“在一个平板太阳电池上——尤其是在一天的清早和黄昏，当太阳成一定的角度时，电池性能就会大受影响。”

另一方面，3D绒面太阳电池在日落时的性能确实大有改善，因为此时太阳就处在这一特定的角度。

雷迪估计太阳板只会在太空停留几个月，因为它们将体验强烈、快速的温度变化，即光照时温度达250华氏度(121℃)，而在45分钟后在阴面温度会达－250华氏度（零下121℃），同时太阳电池也可能遭受微小陨石的冲击和原子氧的攻击。

尽管如此，雷迪还是希望太阳电池板能够在太空停留。他说：“依我看，我希望所有电池都失效之后再将它们全部取回。”

有关人士指出，这种3D太阳电池板可能会掀起太阳电池的新技术潮，预计太阳电池产业将迎来新的发展。

碳纳米管将迎发展机遇：

将进入太空的这种新型太阳电池，由碳纳米管制成，其外表覆盖一层光吸收材料。碳纳米管是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸可达微米量级）的一维量子材料，具有典型的层状中空结构特征，一般管的两端有端帽封口。碳纳米管可以只有一层，也可以有多层，分别称为单层碳纳米管和多层碳纳米管，其直径一般为2～20nm，构成碳纳米管的层片之间的间距约为0.34nm。

鉴于其独特的结构，碳纳米管的研究具有重大的理论意义和潜在的应用价值。首先，其独特的结构是一种理想的一维模型材料，巨大的长径比使其有望用作坚韧的碳纤维，其强度为钢的100倍，质量则只有钢的1/6。其次，它还有望用作分子导线，即纳米半导体材料、催化剂载体以及分子吸收剂和近场发射材料等。再次，碳纳米管的内部也可以填充金属、氧化物等物质，这样碳纳米管可以作为模具，用金属等物质灌满碳纳米管，再把碳层腐蚀掉，就可以制备出最细的纳米尺度的导线，或者全新的一维材料，在未来的分子电子学器件或纳米电子学器件中得到应用。此外，利用碳纳米管的性质可以制作出很多性能优异的复合材料。