德國(guó)波茨坦大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)近日取得了一項(xiàng)令人矚目的科學(xué)突破，他們?cè)凇禗evice》雜志上發(fā)表的研究報(bào)告顯示，成功利用模擬月球塵埃制造出了太陽(yáng)能電池。這一創(chuàng)新成果為解決太空探索中的能源供應(yīng)難題提供了新的思路。
在當(dāng)前的太空探索中，雖然使用的太陽(yáng)能電池效率高達(dá)30%至40%，但其高昂的成本和重量卻成為了一大障礙。這些電池通常使用玻璃或厚箔作為覆蓋材料，不僅造價(jià)不菲，而且重量較大。因此，將這些電池從地球運(yùn)往太空，不僅運(yùn)輸成本巨大，還大大增加了航天器的發(fā)射重量。波茨坦大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人費(fèi)利克斯·朗對(duì)此表示，當(dāng)前的運(yùn)輸方式并不理想。
為了克服這一難題，朗的團(tuán)隊(duì)開(kāi)始探索利用月球上現(xiàn)有的材料來(lái)制造太陽(yáng)能電池。他們計(jì)劃用月球塵埃制成的玻璃，即月球玻璃，來(lái)替代傳統(tǒng)的地球制造玻璃。這一創(chuàng)新方案有望將航天器的發(fā)射質(zhì)量減少99.4%，運(yùn)輸成本降低99%，從而極大地推動(dòng)長(zhǎng)期月球基地的建設(shè)。
為了驗(yàn)證這一想法的可行性，研究人員將模擬月球塵埃的物質(zhì)熔化成月球玻璃，并用它制造出了新型太陽(yáng)能電池。他們結(jié)合了月球玻璃和鈣鈦礦，后者是一種成本低廉、制造簡(jiǎn)單且高效轉(zhuǎn)化陽(yáng)光的晶體類別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，新型太陽(yáng)能電池在發(fā)送到太空的每克材料上產(chǎn)生的能量是傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池板的100倍。
朗進(jìn)一步指出，月球玻璃太陽(yáng)能電池不僅重量輕，而且對(duì)輻射更加穩(wěn)定。相比之下，傳統(tǒng)電池在太空環(huán)境中會(huì)逐漸退化。當(dāng)研究團(tuán)隊(duì)用太空級(jí)別的輻射照射太陽(yáng)能電池時(shí)，月球玻璃版本的電池表現(xiàn)明顯優(yōu)于地球制造的電池。月球玻璃由于含有天然的棕色雜質(zhì)，因此更加穩(wěn)定，能夠防止進(jìn)一步變暗，從而使電池更加耐輻射。
研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，制造月球玻璃的過(guò)程異常簡(jiǎn)單。他們不需要復(fù)雜的純化過(guò)程，僅依靠集中陽(yáng)光就能提供將月球塵埃熔化成玻璃所需的極端溫度。通過(guò)調(diào)整月球玻璃的厚度和太陽(yáng)能電池的成分，團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了10%的效率。他們相信，如果進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，使用更透明的月球玻璃，效率有望提升至23%。
然而，月球環(huán)境也帶來(lái)了一些獨(dú)特的挑戰(zhàn)。低重力可能會(huì)影響月球玻璃的形成方式，而目前用于處理鈣鈦礦的溶劑在月球的真空環(huán)境中無(wú)法使用。極端的溫度變化也可能對(duì)材料的穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。為了驗(yàn)證月球塵埃太陽(yáng)能電池的可行性，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將一個(gè)小型實(shí)驗(yàn)送往月球，在真實(shí)的月球條件下進(jìn)行測(cè)試。
朗表示，科學(xué)家們一直在探索利用月球塵埃的各種方法，從提取水作為燃料到用月球磚建造房屋。現(xiàn)在，他們又將月球塵埃轉(zhuǎn)化為太陽(yáng)能電池，這一創(chuàng)新成果有望為未來(lái)月球城市提供所需的能源。這一突破不僅為太空探索提供了新的能源解決方案，也展示了月球資源的巨大潛力。
