月球塵埃變太陽能電池太空基地大難題有解

2025-05-13 | 來源: 大紀元 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

過去認為在月球上建設基地，需依賴太空船運送笨重的太陽能電池，或利用其它方法發電，以提供穩定電力。德國科學家逆向思考，決定使用月球上現有材料作成太陽能電池玻璃，以降低運輸成本並實現月球發電目標。

隨著馬斯克的火箭和其它公司在航天領域上的發展，月球和火星目前被認為是未來太空探索和旅行的首選地。因此，在這兩個地方建立起一個安全且可持續的太空基地，就成了各國航天技術重要課題。

目前，建設太空基地需要解決能源生產問題，輕量化、可靠性和成本效益是關鍵考量。迄今為止，大多數行星任務都依賴太陽能電池作為主要電力系統，與其能量轉換效率（PCE）超過30%有關。然而，太空船運送這些電池效率低，且運輸成本可達每公斤110萬美元左右。

為了解決該問題，這次德國波茨坦大學（University of Potsdam）、柏林工業大學（TU Berlin）、意大利薩勒諾大學（University of Salerno）等組成的研究團隊發現，利用月球風化層（月球塵埃）制成月玻璃，用於鈣鈦礦太陽能電池，可以大量減少太空船運送電池的成本，使長期定居月球變得更加可行性。該研究成果於4月發表在《Cell Press》期刊上。

他們使用的“月球塵埃”富含鈣、鋁、鐵和鎂等岩石成分，且裡面還含有大量可制成玻璃的二氧化硅（SiO2）。“鈣鈦礦”（Perovskite）是一種鈣鈦氧化物礦物，這種物質做出來的太陽能板擁有便宜、容易制造的特性，且轉換效率高於傳統太陽能板，目前成為太陽能板主要研究和使用熱點。

研究團隊將模擬月球塵埃的物質熔化成“月玻璃”，用它與鈣鈦礦進行配對制造一種新型的太陽能電池。當研究團隊以太空級輻射照射月玻璃太陽能電池進行測試時，發現這種電池表現優於地球制造的太陽能電池。

主要原因是地球制造的太陽能玻璃受到太空強輻射下會逐漸變黃，並逐漸降低陽光透射率與發電效率。“月玻璃”因月球塵埃中的雜質呈天然棕色，這些雜質同時起到穩定玻璃變色和增強其抗輻射性。

另外，研究團隊還發現月玻璃制造簡單，無需復雜的淨化程序，僅需依靠聚焦陽光，就能使月球塵埃熔化至制作月玻璃所需溫度。他們只需透過調整月玻璃的厚度與微調電池成分，月玻璃鈣鈦太陽能電池可實現約10%的光電轉換效率。若月玻璃若足夠清晰透明，再加上一些特殊奈米塗層，其能量轉換效率可提升至23%。

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然而，科學家表示在月球制造月球玻璃的過程，可能會遇到在地球上遇不到的挑戰。他們擔心月球低重力可能影響玻璃形成，處理鈣鈦礦溶劑在月球真空中可能失效，再加上劇烈的溫度變化也可能威脅到材料的穩定性。

為驗證可行性，研究團隊希望未來能派太空人在月球真實環境下進行月玻璃實驗，以確認月玻璃實際應用潛力。

論文主要作者之一、德國波茨坦大學鈣鈦礦太陽能電池首席研究員菲利克斯·朗（Felix Lang）博士《Cell Press》期刊新聞室表示，“現在太空中使用的太陽能電池的太陽能轉換效率可達30%至40%，但其笨重的玻璃或厚箔覆蓋物難以進行大量太空運輸。”

朗補充道，“如果它的重量減輕99%，將無需運送超高效電池，只需在月球上制造這樣的電池即可。我們制作的太陽能玻璃在抵抗輻射方面，要比其它的太陽能玻璃更加強，且不會隨著時間推移退化。”

後朗進一步解釋，“過去，科學家想從提取水作為燃料，用於月球造太空基地的電力。現在，有望將月球塵埃做成為太陽能電池，或許能為未來的月球城市提供所需的能源。”

這項研究得到了德國致力於促進和支持學術研究的最大私人非營利組織大眾基金會（Volkswagen Foundation）支持，並透過自由精神（Freigeist）Q14計劃獲得研究資金。