10个月的太空航行证明太阳能电池材料在太空中生存和繁荣

Lyndsey McMillon Brown医生希望看到的不是芥末黄。当美国国家航空航天局的研究电气工程师点击打开一个小样本的照片时，她发出了欢呼。这个小样本是一张不比一张便签大的胶片样本。在国际空间站停留了10个月后，这部电影仍然是深黑色的，这证明了她的团队的创新太阳能电池材料适合在未来的太空任务中使用。

McMillon Brown的空间站测试样本是美国国家航空航天局克利夫兰格伦研究中心领导的首次太空演示的一部分，该演示旨在探索这种被称为钙钛矿的新材料是否耐用，能否在恶劣的太空环境中生存。她看到的深色是演示成功的早期迹象。

深黑色意味着钙钛矿膜处于吸收光的最有效形式，而黄色意味着晶体材料已降解为碘化铅，这对太阳能电池没有用处。

在发射到国际空间站之前，NASA格伦的钙钛矿样品被集成到德克萨斯州休斯顿安吉斯的MISSE平台中。

麦克米隆·布朗说：“我们不知道什么时候寄出的，也不知道会发生什么。”。“这有点像打开一扇门，却不知道另一边会发生什么。”

如果人类要在月球和火星上建立长期存在，宇航员将需要可靠的电源来维持他们的栖息地和科学仪器。美国国家航空航天局的研究人员认为，钙钛矿可以用于比目前由硅或元素周期表上的III族和V族元素制成的太阳能电池更薄、更便宜、更轻、更灵活的太阳能电池。

尽管钙钛矿已经在地球上进行了实验，但在太空中飞行意味着这种材料可能同时受到真空、极端温度、辐射和光压力的冲击。

麦克米隆·布朗说：“没有地面模拟设备，也没有机器能像国际空间站那样同时对它做所有这些疯狂的事情。”。

这个1英寸乘1英寸的飞行样本是在2019年初的一个实验室里制作的。一旦薄膜符合严格的安全要求，它就于2020年3月升空前往空间站，作为材料国际空间站实验（MISSE）的一部分。宇航员进行了太空行走，打开行李箱状的MISSE平台，将其连接到空间站外部，将钙钛矿和其他实验暴露在太空的极端条件下。

在轨道上飞驰并在阳光直射下进进出出近一年后，这部电影于2021年1月返回地球。加州大学默塞德分校的合作伙伴在Sayantani Ghosh教授的领导下对样本进行了分析，科学家们研究了样本的情况，并将其与留在地面上的对照样本进行了比较。国家可再生能源实验室的合作伙伴也为飞行后分析做出了贡献。

研究人员得出了两个关键结论。轨道上的温度波动不断地使样品收缩和膨胀，给它施加压力，并改变它与光的相互作用方式。但他们发现了一些令人惊讶的事情——当太空旅行的钙钛矿沐浴在地球上的光线中时，其积聚的应力得到了放松，其吸收阳光的质量得到了恢复，而对照样品在暴露于相同条件下会退化。

麦克米隆·布朗说，这是一个有价值的品质，因为这意味着钙钛矿太阳能电池可以在太空中长期使用。

她说：“我们不知道太空环境到底是什么让我们的电影拥有了这种超能力。”。

另一个结论是，太空中的温度影响了钙钛矿晶体的排列方式，从而更好地改变了它们吸收光的方式。

McMillon Brown说：“太空中的这种材料可以保持更长时间的有利排列，并且可以在更低的温度下工作，这对这种材料也是一个很大的好处。”。

接下来，McMillon Brown和她的团队正在分离太空环境中哪些特定部分改变了钙钛矿。很快，他们将梳理自第一个样本返回以来在空间站上飞行的完整钙钛矿太阳能电池实验的结果。

麦克米隆·布朗说：“很多人怀疑这些材料是否足够坚固，足以应对恶劣的太空环境。”。“它们不仅生存了下来，而且在某些方面蓬勃发展。我喜欢思考我们研究的应用，以及我们将能够满足当前太阳能技术不可行的任务的电力需求。”

这项研究由美国国家航空航天局空间技术任务局的中心创新基金和早期职业倡议资助。

上图：安装在国际空间站外部的MISSE平台内的钙钛矿样品图像。