揭神九太陽能光伏電池神秘面紗

6月16日18時49分，神舟九號飛船(下稱“神九飛船”)發(fā)射12分鐘后，在浩瀚太空中成功展開位于兩側(cè)的太陽能電池帆板，猶如神九飛船長出的一對美麗翅膀。事實(shí)上，這對太陽能電池帆板，正是神九飛船的“翅膀”，為其遨游太空并完成空間探測任務(wù)提供著不竭動力。

記者經(jīng)過采訪了解到，此次為神九飛船提供太陽能光伏電池陣的研發(fā)機(jī)構(gòu)是位于天津的中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所(下稱“十八所”)。在接受《中國能源報》記者采訪時，十八所相關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人表示，該所此前已為神舟一號飛船至神舟八號飛船，以及天宮一號衛(wèi)星研制生產(chǎn)了高質(zhì)量且性能可靠的電源產(chǎn)品。

“神九飛船太陽能光伏電池陣集成了神舟八號載人飛船的技術(shù)狀態(tài)，采用了三結(jié)砷化鎵太陽能電池作為基本發(fā)電單元，其平均光電轉(zhuǎn)換效率、發(fā)電能力均已達(dá)到國際先進(jìn)水平，能夠?yàn)轱w船提供充足的電能，確保各系統(tǒng)正常工作?！鼻笆鲐?fù)責(zé)人告訴本報記者。

據(jù)了解，從神一到神七，飛船“翅膀”上安裝的都是晶硅太陽能光伏電池，但神九采用的三結(jié)砷化鎵電池，其光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)30%左右，較之以前的晶硅電池，其光電轉(zhuǎn)化效率提高了50%以上;與之前同樣面積的太陽能帆板相比，其使所發(fā)出的電能也增加了50%以上。

航天員在太空飛行的十幾天里，生活用電都要靠電源系統(tǒng)。晶硅電池的供電能力有限，航天員舍不得加熱飯菜，吃的都是冷飯。而這次神九飛船由于使用了三結(jié)砷化鎵電池，發(fā)電量大大增加，可以確保航天員頓頓吃上熱飯。

記者采訪獲悉，砷化鎵是重要的半導(dǎo)體材料，被用來制作微波集成電路、紅外線發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器和太陽電池等，砷化鎵電池在航天領(lǐng)域的應(yīng)用更普遍，探測火星表面的精神號和機(jī)會號機(jī)器人，采用的都是這種電池。

據(jù)中國可再生能源學(xué)會副理事長孟憲淦介紹，晶體硅太陽能光伏電池或者單結(jié)砷化鎵太陽能電池，只能吸收特定光譜范圍的太陽光，其轉(zhuǎn)換效率不高?！岸嘟Y(jié)砷化鎵太陽能電池，可通過不同材料層的疊加，使其分別選擇性地吸收和轉(zhuǎn)換太陽光譜的不同子域，這樣就可以大幅度提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率?！泵蠎椾茖Α吨袊茉磮蟆酚浾哒f。

十八所提供給本報的資料顯示，為了提高神九飛船太陽能帆板有效布片面積的布片率，神九采用了大面積電池，其單體電池尺寸為39.8mm*60.4mm，是目前我國在軌應(yīng)用單體面積最大的三結(jié)砷化鎵太陽電池;該電池電路在對力學(xué)環(huán)境和熱環(huán)境的適應(yīng)性方面，均表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性。

據(jù)悉，目前某些國內(nèi)企業(yè)正在從事將三結(jié)砷化鎵太陽電池應(yīng)用于地面的工作，通過減小電池的面積，用聚光材料把數(shù)百倍的太陽光聚焦到非常小的電池片上，以減少成本;此外還需要安裝對日跟蹤裝置追隨陽光蹤跡，在聚光條件下其理論光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到40%。

“不過，目前三結(jié)砷化鎵太陽電池工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本還非常高，還要解決很多問題，所以暫時難以進(jìn)入大規(guī)模推廣階段?！睋?jù)孟憲淦透露，目前三結(jié)砷化鎵電池的成本高達(dá)數(shù)千元/瓦，遠(yuǎn)高于目前15元/瓦的普通多晶硅電池系統(tǒng)成本。然而，有業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，在未來幾年，隨著生產(chǎn)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，聚光型砷化鎵太陽電池地面應(yīng)用成本有望不斷下降，并逐漸進(jìn)入快速發(fā)展階段。