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鈣鈦礦太陽能電池優異特性開啟太空應用的無限可能


目前,除了少數深空探索衛星使用核動力電源外,幾乎所有的人造衛星都需要依賴太陽能電池來供電。然而,太陽能電池在外太空工作面臨著一系列考驗,其中包括高能宇宙射線高真空環境極端溫度等。


對於未來航太使用太陽能電池的選擇,鈣鈦礦材料起著至關重要的作用。相對於鈣鈦礦太陽能電池,矽要厚上幾百倍。由於產能高,矽也非常便宜。對地面光伏應用來說,矽是非常不錯的選擇。但在太空中,它太厚了,輻射衝擊到表面時會被吸收,這損害了電池,帶來了嚴重的問題。鈣鈦礦太陽能電池在宇宙環境中對於質子輻射的耐受性遠高於矽太陽能電池。當質子輻射劑量達到1E12cm-2時,鈣鈦礦太陽能電池的效率下降約10%。且在受到高濃度電子輻射照射後,僅會產生10%的發電效率衰減,同等劑量下的其他材料太陽能電池(GaAs) 衰減率可達40%。這意味著鈣鈦礦太陽能電池能夠在長時間的太空任務中保持較高的效能。

圖片說明: 相同質子輻射濃度下,鈣鈦礦太陽能電池耐受性遠高於矽太陽能電池


此外,鈣鈦礦太陽能電池還展現出對於極端溫度和高真空環境的適應能力。可以通過改變元素組成來減少環境的影響,以確保在極端溫度下仍能正常工作。在真空環境下,鈣鈦礦吸收光後,某些分子會以氣體形式釋放出來。研究表明,與傳統鈣鈦礦相比,一些特殊的組成如CsFAMA系統在高真空環境中的粒子劣化速度較慢。

圖片說明:不同組成的鈣鈦礦在真空環境下收到光照時,粒子劣化狀態比較圖。

鈣鈦礦太陽能電池的優異性質使其成為太空應用中的理想選擇。隨著低成本大規模網絡化衛星的發展,鈣鈦礦太陽能電池將扮演重要角色,應用於潛在的6G通信、高空無人機、氣球以及深空任務,如火星探索等。此外,由於太陽能電池在太空工作時無法通過散熱來降溫,鈣鈦礦太陽能電池在高溫環境下的穩定性和可靠性表現出更大的潛力

作為下一代高性能低成本光伏裝置的有望候選者,鈣鈦礦太陽能電池為太空探索和商業應用帶來了新的前景和機會。隨著科技的進步和研究的不斷深入,鈣鈦礦太陽能電池將繼續在未來的太空領域中發揮著重要作用。

參考資料:

  1. Radiation Hardness and Self-Healing of Perovskite Solar Cells https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27529814/

  2. Advances in Perovskites for Photovoltaic Applications in Space https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35990414/

  3. Tolerance of Perovskite Solar Cells under Proton and Electron Irradiation https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35207934/

  4. https://www.pv-tech.cn/news/perovskite-solar-cells-to-be-tested-in-space



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