摘要：中国成功发射“天和”号核心舱，正式开启天宫空间站建设进程，预计到2022年底，在环绕地球的轨道上将出现第二座巨大的人造天体。天宫空间站天宫空间站亮点多多，它巨大的太阳能翼光电转换效率高达30%，这意味着它仅用国际空间站一半面积的太阳能电池就...
中国成功发射“天和”号核心舱，正式开启天宫空间站建设进程，预计到2022年底，在环绕地球的轨道上将出现第二座巨大的人造天体。
天宫空间站
天宫空间站亮点多多，它巨大的太阳能翼光电转换效率高达30%，这意味着它仅用国际空间站一半面积的太阳能电池就能超过ISS的总供电量。这是个很了不起的事情，你别看国际空间站那么庞大，它最显眼的部分就是共2500平方米的8块太阳能帆板，以及支撑这些太阳能帆板的桁架，把这些东西去掉，ISS就会玲珑许多。
更多更大的太阳能帆板能发更多的电，除了支持科学实验，还能让里边工作的航天员生活得更舒服些。不好的地方是：这东西很贵、很重、把它运上天安装维护都很费钱，并且由于400公里高的轨道上依然有稀薄的空气，航天器体积越大阻力就越大，就需要更多的燃料来维持轨道高度，这些都是钱。
国际空间站（ISS）巨大的太阳能翼
如果太阳能电池的光电转化效率高，我们能用更小的电池发更多的电，就以解决上面出现的问题——这也是科学家们一直在琢磨的事情。
1839年，19岁的法国物理学家埃德蒙·贝克勒尔制作出世界上第一个光伏电池；1905年，爱因斯坦在他的光量子理论中解释了光电效应的原理，他因此获得诺贝尔物理学奖；1954年，第一个实用性的光伏电池问世；1958年，太阳能电池正式装在了卫星上。自此之后越来越多的航天器使用太阳能来源源不断地提供电力。
但是在100多年间，光伏电池的光电转化效率一直提不上去，科学家使出吃奶的力气把硅基太阳能电池的转化率提高到30%左右，但把它安装到国际空间站上最多只达到14%。你可能觉得奇怪：不是说大气层上方的阳光更强吗，为什么太阳能电池反而效率更低了呢？
ISS太阳翼和它的硅单元
由于大气层阻挡了一部分阳光，地面太阳强度大约是大气层上方的70%~75%，但是在阳光照射到的地方温度超过120℃，硅基电池在高温下的效率大打折扣——你又不能不让它晒太阳，所以这是个无解的问题。
与美国不同，中国空间站选择了柔性砷化镓薄膜电池来供电，它不仅薄如蝉翼，还不受太空恶劣环境影响，光电转化率超过30%！硬是甩国际空间站几条街。
天和核心舱外展开的砷化镓薄膜电池
有朋友说，老周你讲的不对吧，国际空间站上也用了砷化镓薄膜电池，前段时间还做了实验，电池是中国某公司生产的呢！
嗯，国际空间站上的太阳能帆板一部分已经超过15年，因为老化，它的效率已经大不如前，因此NASA正准备把它换掉。但是新“推出式太阳能电池（ROSA）”并非采用中国公司的砷化镓，而是使用了美国某飞机公司的硅基薄膜电池，所以新换上去的电池依旧不到15%。
国际空间站新电池实验“部分成功”
国际空间站的新太阳能电池主打的是可伸展可回收，用了类似小孩子吹的伸缩口哨原理，搞笑的是这玩意儿第一次送到空间站做实验，它展开后就没办法“内卷”，只好直接扔掉了。
不知是出于对新电池可靠性的担心，还是觉得它太贵，NASA并不打算扔掉国际空间站原来的太阳能帆板，而是把六块新电池叠加在旧电池的缝隙上，这样就挡住了一部分旧电池的光线。美国给出的解释是：旧电池尽管老化，但还能发电，把新电池装上去之后可以使空间站总发电量恢复到15年前215千瓦的峰值水平。
国际空间站太阳能打补丁
2021年5月，中国空间站“天和”核心舱将迎来第一艘“天舟”货运飞船。如无意外，美国货运飞船也将载着两个新ROSA组件抵达国际空间站，开启太阳能的补缺工作。对于太阳能电池的研究，中美都走在了世界的前列，除了三个PN结的砷化镓电池外，科学家们还在更多结、以及其它基底太阳能电池上取得进展，有的材料光电转化率甚至超过60%，但这些产品因为各种原因还无法进入太空。不管结果如何，中国空间站30%的能效记录在可见的将来都不会被超越。
为什么NASA不使用转化率更高的中国砷化镓电池组件，是因为它不可靠吗？我只能告诉你，这无关技术，它是笔很大的生意。
#中国空间站#
