神舟二十三号载人飞船此次上行的一项重要科学实验,是将在我国空间站首次开展钙钛矿太阳能电池的动态服役实验,这是中国科学家为未来深空探测储备能源技术的关键一步。钙钛矿太阳能电池具有高效、轻质、超高功质比、可低温溶液制备的特点,提供了未来空间站、深空基地等可能的能源供给方案。然而,钙钛矿电池能否经受住紫外辐射及粒子辐射、高浓度的原子氧腐蚀、更剧烈的温度交变等空间环境的考验,亟需通过真实的太空实验来验证。
本次任务将重点聚焦空间高效率、高稳定性的单结钙钛矿和更高效率、更低成本、更长寿命的钙钛矿基叠层两类太阳能电池材料和器件开展空间实验。其中,单结钙钛矿太阳能电池分为“无源”和“有源”两类样品——无源暴露样品将在开路、短路、最大功率点等5种不同运行工况下,开展3种钙钛矿组分及两种器件结构的样品性能老化分析;而对于具有完整电路系统的有源样品,科研团队则通过实时回传电压、电流数据,系统性了解其在轨过程。中国科学院半导体研究所助理研究员熊壮介绍:“我们期待能准确定位材料、器件结构、封装工艺中存在的薄弱环节,为下一代稳效协同的太空光伏器件设计提供直接依据。”
该项目共搭载80个无源和10个有源样品,将结合在轨数据、返回分析,建立天地对比寿命模型,评估其空间服役稳定性。在北京理工大学前沿交叉科学研究院副教授朱城看来,如果把发电比作盖楼,叠层电池就像配合盖楼,要选出最匹配的两块砖,目标是筛选出“最匹配、最兼容、最稳定的两种电池材料”。这项实验将有助于更好地研究空间光谱、高能粒子辐照、原子氧、高低温交变等极端环境下钙钛矿材料和器件的性能演化与失效机制,突破高效率、高功质比、低成本柔性空间光伏技术路线,为未来低轨卫星、深空探测、月球基地能源系统配置提供关键技术储备。


