科技 日报记者 李丽云 通讯员 兰鑫 刘立武
未来下一代大型或超大型空间结构对能源系统提出了极高的要求，柔性太阳能电池作为太阳能电池发展的新趋势之一，具有质量轻、柔韧性好、收纳比高等优点，但在航天应用过程中存在收拢锁紧、驱动展开和展开后刚度较低等难题。
在杜善义院士、韩杰才院士带领下，哈工大复合材料与结构研究所于20世纪90年代初就在国内较早确立了智能材料与结构的研究方向。在其“理工结合，服务航天”发展理念的指导下，冷劲松教授课题组从事智能材料结构力学及其在航天、航空、生物医学等领域的研究。2006年开始，课题组启动开展形状记忆聚合物及其复合材料结构的研究，自主研发了适用于航天环境的多种类、不同系列的形状记忆聚合物材料，这些材料能满足高低轨道等不同极端空间环境的需求。
与形状记忆合金(Shape Memory Alloy)不同，形状记忆聚合物(Shape Memory Polymer)是一种激励响应的非金属高分子材料，具有主动可控大变形(20%-500%)、驱动方式多样、刚度可变等特性，可被设计成集驱动与承载功能一体化的部件，结构简单，可靠性高，未来有望部分替代复杂的机电驱动系统。
本次搭载的“基于形状记忆聚合物智能复合材料结构的可展开柔性太阳能电池系统”，主要包括哈工大研制的形状记忆复合材料锁紧释放机构、形状记忆聚合物复合材料可展开梁和上海空间电源研究所研制的柔性太阳能薄膜电池。基于复合材料力学理论和结构精细化设计，本次搭载的可展开柔性太阳能电池系统，通过形状记忆聚合物复合材料结构实现了锁紧、释放和结构展开的功能，没有采用传统的火工分离装置、铰链及电机驱动等方法，结构简单，解锁和展开过程几乎无冲击，展开时间和过程可控，展开后结构的基频和刚度都较高。
在中国空间技术研究院通信卫星事业部的大力支持和帮助下，本次哈工大科研团队在国际上首次实现了基于形状记忆聚合物复合材料结构的柔性太阳能电池系统的在轨可控展开验证，是该团队继2016年在国际上首次实现地球同步轨道环境下形状记忆聚合物复合材料的在轨验证之后，再次创造的一个“国际首次”记录，两次“国际首次”在轨任务的成功，标志着我国智能材料及其航天器结构的研究处于国际前列。在前期技术积累基础上，基于形状记忆聚合物复合材料的智能结构，还将应用于我国首次火星探测任务—“天问一号”。
未来，相关技术也有望应用于深空探测、空间站、探月工程、卫星等不同航天器平台中的空间可展开结构、锁紧释放机构及柔性太阳能电池系统，在航天、航空、 汽车 、高端装备、智能制造、机器人及生物医疗等领域也具有广泛的应用前景。
(文中图片由受访者提供)
新一代太阳能电池包括哪几类太阳能电池呢？
易车讯 日前，东芝宣布开发成功了新型“透射型亚氧化铜(Cu2O)太阳能电池”，将为实现无充电EV(电动汽车)等做出贡献。据称，引擎盖和车顶搭载此太阳能电池，1天可为车辆提供35km的续航里程（以电耗12.5km/kWh测算）。
新型太阳能电池通过抑制发电层的杂质，实现了世界最高的发电效率8.4%。这种太阳能电池安装在电动车引擎盖和车顶的情况下，不充电的续航里程可以达到每天约35公里。将来一天大约可以行驶40公里，行驶所消耗的电通过太阳能发电补充到蓄电池中，可以进行更长距离的行驶。也就是说，在未来，电动车甚至可以不充电就能持续行驶。
透射型亚氧化铜(Cu2O)太阳能电池是低成本、高效率的串联型太阳能电池。所谓串联型太阳能电池，其特点是将两个太阳能电池组件作为底部组件和顶部组件重叠在一起，通过两个组件发电，提高整体的发电效率。
根据此次发表的技术，通过将透射型Cu2O太阳能电池堆叠在高效Si太阳能电池上，可以将整体发电效率提高到27.4%。
透射型Cu2O太阳能电池以铜和氧的化合物Cu2O为主要材料，与III-V族半导体相比，基板、原材料、制造设备都很便宜，有望大幅降低成本。当然，如果采用III-V族半导体，其整体发电效率可提高到30%。
另外，太阳能电池的单体重量很轻，每平米的重量不到1公斤，大约是一半左右。而整体重量取决于汽车制造商选择什么样的保护部件。
据相关机构测算，配备高效率太阳能电池的汽车如果电耗为12.5km/kWh，其不充电的情况下一天的续航距离是35公里。而如果使用更昂贵的材料的太阳能电池，其整体发电效率可提高到30%，则可提供一天39公里的续航里程。
中科院在钙钛矿太阳能电池领域连获进展，此类电池的应用前景如何?
太阳能电池板的种类： 1、单晶硅太阳能电池： 目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24％，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。 2、多晶硅太阳能电池： 多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12％左右 (2004年7月1日日本夏普上市效率为14.8%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。 3、非晶硅太阳能电池： 非晶硅太阳电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。 4、多元化合物太阳电池： 多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在各国研究的品种繁多，大多数尚未工业化生产。太阳能电池板(Solar panel)： 1、是通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能的装置，大部分太阳能电池板的主要材料为"硅"，但因制作成本较大，以至于它普遍地使用还有一定的局限。 2、相对于普通电池和可循环充电电池来说，太阳能电池属于更节能环保的绿色产品。
首先钙钛矿太阳能电池前景是能够更清洁、更易于应用、制造成本低。虽然钙钛矿太阳能电池的研究如火如荼，但面临的问题也值得关注。首先，这种新型太阳能电池在组装过程中存在稳定性问题，包括材料的稳定性和高效电池器件的稳定性，有机-无机杂化钙钛矿材料含有重金属铅，更好的保障对于电池的保护和利用等各种功能。
其次是针对钙钛矿太阳能电池表面缺陷和水分侵蚀引起的稳定性问题，利用该系列卟啉小分子钝化钙钛矿表面缺陷。机理研究取得重要进展。研究发现，利用这一系列卟啉分子CS0、CS1、CS2处理钙钛矿表面，由于卟啉的疏水性，不仅可以有效钝化钙钛矿表面缺陷，从而抑制钙钛矿/HTM界面之间的非辐射复合。
再者可以通过在薄膜形成的两个不同阶段引入功能性氟化分子，探索了一种减少多晶钙钛矿薄膜缺陷的方法。基于DP策略的PSCs有效抑制了钙钛矿表面和GBs缺陷的形成，同时提高了器件性能和稳定性。新的DP策略通过缺陷钝化延长载流子寿命并抑制非辐射复合损失，从而将VOC从1.10V增加到1.18V，相应的VOC损失为0.39V。
要知道光生电子的提取和光生空穴的排斥力同时减弱，使界面处电子的转移效率急剧下降，导致载流子复合严重，器件的PCE降低。这一新认识提高了对钙钛矿光伏器件结构和异质结界面的理解，解释了无ETL器件PCE低的原因。因此，他们提出了一种新的解决方案，通过延长载流子寿命来解决无ETL钙钛矿光伏器件转换效率低的问题。
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