3D絨面太陽電池將在太空中接受測試

本刊 付甜甜

2013年注定是科技創新的大年，最近兩個月有關碳納米管的科技創新有如雨后春筍般涌出:2月份浙江大學研究出世界最輕固體材料碳納米管纖維材料；斯坦福的研究團隊隨后發現碳納米管或將成為硅芯片的替代材料；3月研究顯示日本近紅外線照射碳納米管可殺死癌細胞；現如今，3D絨面太陽電池計劃明年進入太空空間站進行實驗的消息，將有助于進一步增加碳納米管的市場需求。

據悉一種3D絨面太陽電池明年將會被放置到國際空間站（ISS）外面進行測試實驗，在那里太陽電池將體驗每天16次的“日出”，充分接收太陽光的照射，這也是嚴苛性能實驗的一部分。

佐治亞理工大學材料學的教授雷迪（W.Jud Ready）最近提交了一項3D絨面太陽電池的提案。這項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，這項提案已經被組織管理國際空間站內實驗的空間科學研究中心(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時間搭乘某順風車送達國際空間站。

雷迪說：“太陽電池板將被放置在被人們稱作日本實驗艙后沿的地方實驗。毫不夸張的說就是被接入到一個USB端口上。”

一種正在實驗中的3D絨面太陽電池將會被放置到國際空間站外面進行測試。

國際空間站已經多年擔任了科學家、專家學者甚至是學生們的軌道實驗室。通常情況下，實驗都是在空間站內進行的。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行的實驗之一。

國際空間站繞行地球一周的時間是一個半小時，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，雷迪和他的團隊便能夠更加快速地對這一結構的有效性能進行測試。

雷迪說：“如果你想在地球上對所有配置進行實驗，那是非常困難的?！?/p>

雷迪團隊將會對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行測試。

雷迪的3D絨面薄膜太陽電池已經在地球上進行了測試，并且與相同成分的平板/未絨面化薄膜電池相比，性能更佳。因為電池具有3D結構（在顯微鏡下觀察時就像是成千上百萬個的摩天大樓），所以當太陽光照射在電池上時，光線會被反射到更深的結構內部，并被捕捉而不是被反射走。

雷迪說：“在一個平板太陽電池上——尤其是在一天的清早和黃昏，當太陽成一定的角度時，電池性能就會大受影響。”

另一方面，3D絨面太陽電池在日落時的性能確實大有改善，因為此時太陽就處在這一特定的角度。

雷迪估計太陽板只會在太空停留幾個月，因為它們將體驗強烈、快速的溫度變化，即光照時溫度達250華氏度(121℃)，而在45分鐘后在陰面溫度會達－250華氏度（零下121℃），同時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全部取回。”

有關人士指出，這種3D太陽電池板可能會掀起太陽電池的新技術潮，預計太陽電池產業將迎來新的發展。

碳納米管將迎發展機遇：

將進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構（徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸可達微米量級）的一維量子材料，具有典型的層狀中空結構特征，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，構成碳納米管的層片之間的間距約為0.34nm。

鑒于其獨特的結構，碳納米管的研究具有重大的理論意義和潛在的應用價值。首先，其獨特的結構是一種理想的一維模型材料，巨大的長徑比使其有望用作堅韌的碳纖維，其強度為鋼的100倍，質量則只有鋼的1/6。其次，它還有望用作分子導線，即納米半導體材料、催化劑載體以及分子吸收劑和近場發射材料等。再次，碳納米管的內部也可以填充金屬、氧化物等物質，這樣碳納米管可以作為模具，用金屬等物質灌滿碳納米管，再把碳層腐蝕掉，就可以制備出最細的納米尺度的導線，或者全新的一維材料，在未來的分子電子學器件或納米電子學器件中得到應用。此外，利用碳納米管的性質可以制作出很多性能優異的復合材料。