月球尘埃变太阳能电池 太空基地用电有希望？

【中国观察2025年05月13日讯】过去认为在月球上建设基地，需依赖太空船运送笨重的太阳能电池，或利用其它方法发电，以提供稳定电力。德国科学家逆向思考，决定使用月球上现有材料作成太阳能电池玻璃，以降低运输成本并实现月球发电目标。
随着马斯克的火箭和其它公司在航天领域上的发展，月球和火星目前被认为是未来太空探索和旅行的首选地。因此，在这两个地方建立起一个安全且可持续的太空基地，就成了各国航天技术重要课题。
目前，建设太空基地需要解决能源生产问题，轻量化、可靠性和成本效益是关键考量。迄今为止，大多数行星任务都依赖太阳能电池作为主要电力系统，与其能量转换效率（PCE）超过30%有关。然而，太空船运送这些电池效率低，且运输成本可达每公斤110万美元左右。
为了解决该问题，这次德国波茨坦大学（University of Potsdam）、柏林工业大学（TU Berlin）、意大利萨勒诺大学（University of Salerno）等组成的研究团队发现，利用月球风化层（月球尘埃）制成月玻璃，用于钙钛矿太阳能电池，可以大量减少太空船运送电池的成本，使长期定居月球变得更加可行性。该研究成果于4月发表在《Cell Press》期刊上。
他们使用的“月球尘埃”富含钙、铝、铁和镁等岩石成分，且里面还含有大量可制成玻璃的二氧化硅（SiO2）。“钙钛矿”（Perovskite）是一种钙钛氧化物矿物，这种物质做出来的太阳能板拥有便宜、容易制造的特性，且转换效率高于传统太阳能板，目前成为太阳能板主要研究和使用热点。
研究团队将模拟月球尘埃的物质熔化成“月玻璃”，用它与钙钛矿进行配对制造一种新型的太阳能电池。当研究团队以太空级辐射照射月玻璃太阳能电池进行测试时，发现这种电池表现优于地球制造的太阳能电池。
主要原因是地球制造的太阳能玻璃受到太空强辐射下会逐渐变黄，并逐渐降低阳光透射率与发电效率。“月玻璃”因月球尘埃中的杂质呈天然棕色，这些杂质同时起到稳定玻璃变色和增强其抗辐射性。
另外，研究团队还发现月玻璃制造简单，无需复杂的净化程序，仅需依靠聚焦阳光，就能使月球尘埃熔化至制作月玻璃所需温度。他们只需透过调整月玻璃的厚度与微调电池成分，月玻璃钙钛太阳能电池可实现约10%的光电转换效率。若月玻璃若足够清晰透明，再加上一些特殊奈米涂层，其能量转换效率可提升至23%。
然而，科学家表示在月球制造月球玻璃的过程，可能会遇到在地球上遇不到的挑战。他们担心月球低重力可能影响玻璃形成，处理钙钛矿溶剂在月球真空中可能失效，再加上剧烈的温度变化也可能威胁到材料的稳定性。
为验证可行性，研究团队希望未来能派太空人在月球真实环境下进行月玻璃实验，以确认月玻璃实际应用潜力。
论文主要作者之一、德国波茨坦大学钙钛矿太阳能电池首席研究员菲利克斯·朗（Felix Lang）博士《Cell Press》期刊新闻室表示，“现在太空中使用的太阳能电池的太阳能转换效率可达30%至40%，但其笨重的玻璃或厚箔覆盖物难以进行大量太空运输。”
朗补充道，“如果它的重量减轻99%，将无需运送超高效电池，只需在月球上制造这样的电池即可。我们制作的太阳能玻璃在抵抗辐射方面，要比其它的太阳能玻璃更加强，且不会随着时间推移退化。”
后朗进一步解释，“过去，科学家想从提取水作为燃料，用于月球造太空基地的电力。现在，有望将月球尘埃做成为太阳能电池，或许能为未来的月球城市提供所需的能源。”
这项研究得到了德国致力于促进和支持学术研究的最大私人非营利组织大众基金会（Volkswagen Foundation）支持，并透过自由精神（Freigeist）Q14计划获得研究资金。