3D絨面太陽電池將在太空中接受測(cè)試

本刊 付甜甜

2013年注定是科技創(chuàng)新的大年，最近兩個(gè)月有關(guān)碳納米管的科技創(chuàng)新有如雨后春筍般涌出:2月份浙江大學(xué)研究出世界最輕固體材料碳納米管纖維材料；斯坦福的研究團(tuán)隊(duì)隨后發(fā)現(xiàn)碳納米管或?qū)⒊蔀楣栊酒奶娲牧希?月研究顯示日本近紅外線照射碳納米管可殺死癌細(xì)胞；現(xiàn)如今，3D絨面太陽電池計(jì)劃明年進(jìn)入太空空間站進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的消息，將有助于進(jìn)一步增加碳納米管的市場(chǎng)需求。

據(jù)悉一種3D絨面太陽電池明年將會(huì)被放置到國際空間站（ISS）外面進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)，在那里太陽電池將體驗(yàn)每天16次的“日出”，充分接收太陽光的照射，這也是嚴(yán)苛性能實(shí)驗(yàn)的一部分。

佐治亞理工大學(xué)材料學(xué)的教授雷迪（W.Jud Ready）最近提交了一項(xiàng)3D絨面太陽電池的提案。這項(xiàng)提案是由他首次提出的，主要研究3D絨面太陽電池在太空的工作性能。目前，這項(xiàng)提案已經(jīng)被組織管理國際空間站內(nèi)實(shí)驗(yàn)的空間科學(xué)研究中心(CASIS)所接納。這種新型電池是由碳納米管制成，并且其外表覆蓋了一層光吸收材料。3D絨面太陽電池將在明年的某個(gè)時(shí)間搭乘某順風(fēng)車送達(dá)國際空間站。

雷迪說：“太陽電池板將被放置在被人們稱作日本實(shí)驗(yàn)艙后沿的地方實(shí)驗(yàn)。毫不夸張的說就是被接入到一個(gè)USB端口上?！?/p>

一種正在實(shí)驗(yàn)中的3D絨面太陽電池將會(huì)被放置到國際空間站外面進(jìn)行測(cè)試。

國際空間站已經(jīng)多年擔(dān)任了科學(xué)家、專家學(xué)者甚至是學(xué)生們的軌道實(shí)驗(yàn)室。通常情況下，實(shí)驗(yàn)都是在空間站內(nèi)進(jìn)行的。太陽電池板的安裝將成為首批在國際空間站外部納米支架上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)之一。

國際空間站繞行地球一周的時(shí)間是一個(gè)半小時(shí)，這樣3D絨面太陽電池板就可以從任何方向和角度接受陽光的照射。如此一來，雷迪和他的團(tuán)隊(duì)便能夠更加快速地對(duì)這一結(jié)構(gòu)的有效性能進(jìn)行測(cè)試。

雷迪說：“如果你想在地球上對(duì)所有配置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，那是非常困難的?！?/p>

雷迪團(tuán)隊(duì)將會(huì)對(duì)具有最佳尺寸和電池間距，并涂有銅鋅錫硫混合物的太陽電池進(jìn)行測(cè)試。

雷迪的3D絨面薄膜太陽電池已經(jīng)在地球上進(jìn)行了測(cè)試，并且與相同成分的平板/未絨面化薄膜電池相比，性能更佳。因?yàn)殡姵鼐哂?D結(jié)構(gòu)（在顯微鏡下觀察時(shí)就像是成千上百萬個(gè)的摩天大樓），所以當(dāng)太陽光照射在電池上時(shí)，光線會(huì)被反射到更深的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并被捕捉而不是被反射走。

雷迪說：“在一個(gè)平板太陽電池上——尤其是在一天的清早和黃昏，當(dāng)太陽成一定的角度時(shí)，電池性能就會(huì)大受影響?！?/p>

另一方面，3D絨面太陽電池在日落時(shí)的性能確實(shí)大有改善，因?yàn)榇藭r(shí)太陽就處在這一特定的角度。

雷迪估計(jì)太陽板只會(huì)在太空停留幾個(gè)月，因?yàn)樗鼈儗Ⅲw驗(yàn)強(qiáng)烈、快速的溫度變化，即光照時(shí)溫度達(dá)250華氏度(121℃)，而在45分鐘后在陰面溫度會(huì)達(dá)－250華氏度（零下121℃），同時(shí)太陽電池也可能遭受微小隕石的沖擊和原子氧的攻擊。

盡管如此，雷迪還是希望太陽電池板能夠在太空停留。他說：“依我看，我希望所有電池都失效之后再將它們?nèi)咳』?。?/p>

有關(guān)人士指出，這種3D太陽電池板可能會(huì)掀起太陽電池的新技術(shù)潮，預(yù)計(jì)太陽電池產(chǎn)業(yè)將迎來新的發(fā)展。

碳納米管將迎發(fā)展機(jī)遇：

將進(jìn)入太空的這種新型太陽電池，由碳納米管制成，其外表覆蓋一層光吸收材料。碳納米管是一種具有特殊結(jié)構(gòu)（徑向尺寸為納米量級(jí)，軸向尺寸可達(dá)微米量級(jí)）的一維量子材料，具有典型的層狀中空結(jié)構(gòu)特征，一般管的兩端有端帽封口。碳納米管可以只有一層，也可以有多層，分別稱為單層碳納米管和多層碳納米管，其直徑一般為2～20nm，構(gòu)成碳納米管的層片之間的間距約為0.34nm。

鑒于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，碳納米管的研究具有重大的理論意義和潛在的應(yīng)用價(jià)值。首先，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)是一種理想的一維模型材料，巨大的長(zhǎng)徑比使其有望用作堅(jiān)韌的碳纖維，其強(qiáng)度為鋼的100倍，質(zhì)量則只有鋼的1/6。其次，它還有望用作分子導(dǎo)線，即納米半導(dǎo)體材料、催化劑載體以及分子吸收劑和近場(chǎng)發(fā)射材料等。再次，碳納米管的內(nèi)部也可以填充金屬、氧化物等物質(zhì)，這樣碳納米管可以作為模具，用金屬等物質(zhì)灌滿碳納米管，再把碳層腐蝕掉，就可以制備出最細(xì)的納米尺度的導(dǎo)線，或者全新的一維材料，在未來的分子電子學(xué)器件或納米電子學(xué)器件中得到應(yīng)用。此外，利用碳納米管的性質(zhì)可以制作出很多性能優(yōu)異的復(fù)合材料。