成果直擊


    成果直擊

    當前位置: 首頁 > 成果直擊 > 正文

    近期,由金宝搏188手机官网下载 黃維院士、塗用廣副教授與北京大學龔旗煌院士、朱瑞研究員、中國科學院空天信息創新研究院徐國寧研究員組成的三校(院)聯合研究團隊,係統總結了鈣鈦礦太陽能電池在空間多種極端環境因素(包括電子輻射、質子輻射、紫外線輻照、伽瑪射線輻射、高真空光照、高低溫循環等)下的穩定性情況以及空間飛行試驗任務,討論了鈣鈦礦太陽能電池麵向空間應用麵臨的挑戰,同時對此方向進行了係統展望。相關成果以“Perovskite Solar Cells for Space Applications: Progress and Challenges”為題發表在Advanced Materials(《先進材料》)上,該工作以金宝搏188手机官网下载 為第一單位。

    我國“十四五”規劃綱要明確提出強化發展“空天科技”等多項空間科技前沿領域。在“空天科技”領域研究中,需要大力發展空間能源技術,以保證各種航空和航天器的平穩、持久可靠飛行。太陽能電池作為重要的供能裝置是應用最為普遍的空間能源技術之一。近年來,鈣鈦礦太陽能電池迅速崛起,目前已獲得25.5%的認證效率,不斷逼近異質結矽基太陽能電池的最高認證效率(26.7%),成為最具應用潛力的可再生能源技術之一。與矽基和砷化镓太陽能電池相比,鈣鈦礦太陽能電池具有幾點顯著的優勢。第一,成本優勢。采用價格低廉的鈣鈦礦材料作為吸光層,其製備成本顯著低於晶矽和砷化镓。第二,柔性優勢。鈣鈦礦材料在器件中通常以厚度為亞微米級別的薄膜形式存在,適合構建柔性器件,從而可以充分利用載體的彎曲表麵空間。第三,高能質比優勢。對於載荷能力有限的飛行載體,能源裝置需要具有較高的能質比。鈣鈦礦太陽能電池自身質量較輕,能質比較高。研究表明,其具有其他種類太陽能電池所無法達到的超高能質比(>20 W/g)。第四,抗輻射潛能。據報道,鈣鈦礦半導體在2.3Mrad伽瑪(γ)射線連續輻射1535小時後,表現出比玻璃更優異的抗輻射性能。基於以上優勢,鈣鈦礦太陽能電池有望發展成為新一代空間光伏技術。


    (以太陽能電池為主要能源動力的各種航空和航天器,以及空間環境中影響鈣鈦礦太陽能電池性能的主要因素)


    人類開發了多種航空和航天飛行器,用於探索和認知宇宙空間。這些飛行器大多采用太陽能電池技術為其正常運行提供源源不斷的動力。宇宙空間環境區別於地麵環境,其具有明顯的極端環境因素。以距地麵35公裏的空間為例,其具有以下特征:高真空、強紫外太陽光照、極端溫度、高能粒子輻射等等。這種極端的臨近空間環境對鈣鈦礦太陽能電池的穩定性提出了新的挑戰。相比於成熟的晶矽和砷化镓太陽能電池,鈣鈦礦太陽能電池具有明顯的優勢。

    前期,三校(院)聯合研究團隊於2018年8月在我國內蒙古地區進行太陽能電池高空科學氣球標定試驗。通過將鈣鈦礦太陽能電池負載在高空氣球上,研究器件在距地麵35公裏的臨近空間極端環境下穩定性情況。最終獲得AM0輻照下器件維持其初始效率95%以上的穩定性數據。相關成果發表在Science China-Physics, Mechanisc&Astronomy(《中國科學:物理學 力學 天文學》英文版)上。太陽能電池高空科學氣球標定方法是國際通用的空間太陽能電池標定方法之一。

    三校(院)聯合研究團隊將繼續在基礎研究、工程技術等領域開展麵向空間應用的鈣鈦礦光伏技術研究,助推新型鈣鈦礦光伏技術的發展、助力我國對臨近空間的開發。


    文章鏈接:

    1. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202006545

    2. https://link.springer.com/article/10.1007/s11433-019-9356-1


    Baidu
    map