月球尘埃可能帮助宇航员为可持续的月球城市提供动力。这里是怎样

By Keith Cooper published 15 hours ago

The moon

太阳能电池可能被在月球表面上通过熔融的月球表土来形成“月球玻璃”制造。

When you purchase through links on our site, we may earn an affiliate commission. Here’s how it works.

艺术家的一个月球基地的描画，这被福斯特+合作伙伴设计。 (Image credit: ESA/Foster + Partners)

月球尘埃正快速的变成一种神奇的材料，从中氧和其他元素如钛能被提取，这能被压实来形成建造月球掩体的砖或者月球凝土来粘这些砖。而现在科学家们已经展示月球表土如何能被转化为太阳能电池。

德国波茨坦大学的费利克斯·朗在一份声明中说，“从为燃料提取水到用月球砖建造房屋，科学家们一直在寻找来使用月球尘埃的方法。现在我们也能把它变成太阳能电池，可能的为一个未来的月球城将需要的提供能量”。

传统的太阳能电池结合地球土制造的玻璃，这能是相对的重的，增加发射成本。因此在月球上从当地的材料制造太阳能电池是一个有吸引力的提议。

未来在月球上制造太阳能电池的视景，显示的是资源原材料月球表土并带它进入生产机构的机器人，它制造基于钙钛矿的月球太阳能电池。以后自动月球车或宇航员安装生产的太阳能电池，为未来的月球栖息地甚至城市提供动力。(Image credit: Sercan Özen)

为验证这个想法，朗带领一个用一种月球尘埃仿真剂实验了的团队。来自月球的物质样本供应短缺，对科学家珍贵的。因此，有一个家庭手工业，由美国宇航局的仿真剂发展实验室牵头，它创造不同类型的仿真的月球表土。（表土是一种技术术语，指位于月球的表面上的物质，包含尘埃和撞击甩出物的碎片）。

朗的团队熔化了一些仿真的月球表土来形成月球玻璃；这是一个简单的过程，不需要任何困难的净化并能通过阳光落在月球上来取得高温简单的取得。

然后月球玻璃被与钙钛矿结合，钙钛矿是一种常用于太阳能电池的晶体材料，做吸收阳光激发它们的子结构中的电子的工作，一个电极然后吸引这些被激发的电子并创造一个电流。

来自杰夫·贝佐斯的蓝色起源航空航天公司的一组科学家此前已经提出了一种在月球上建造太阳能电池的类似方法。

与从地球材料制造的普通玻璃相比月球玻璃有几个优点。在太空中普通玻璃趋于棕色，这开始封锁部分入射的阳光，降低一个太阳能电池的效率。月球玻璃因为月球表土中的杂质已经有一个天然的棕色调，这实际上阻止它进一步变褐。它也更耐辐射，当有宇宙射线在左右中心飞行时这是一个重要的考虑因素。

月球表土仿真剂、月球玻璃和月球太阳能电池。插图显示一个横截面显微图和钙钛矿的晶体结构。 (Image credit: Felix Lang)

基于月球玻璃的太阳能电池缺乏的是它们的效率。在太空中使用的传统太阳能电池有一个它们转化为电的入射阳光能是在30%到40%之间的效率。基于月球玻璃的太阳能电池目前只有10%的效率，但朗的团队认为通过去除月球玻璃中的一些杂质，他们能获得高达23%的效率。

然而，即便他们不能，更低效率不一定是一个问题。朗说，你不需要超高效的30%太阳能电池；你只要在月球上制造更多的它们”。此外，在月球上制造太阳能电池有益处；这样做降低了发射质量和来自地球的成本，节省99%的物质运输重量。

RELATED STORIES:

— To land safely on Mars and the moon, we may need to measure dust

— Moon-dust shield could help fight climate change on Earth

— Blue Origin makes solar cells out of simulated moon dirt with 'alchemist' project

仍有回答的问题。用地球正常重力从月球尘埃仿真剂制造太阳能电池是一回事；在低重力下制造它们是另一回事，这可能是低重力影响月球玻璃多好形成。用于处理钙钛矿的溶剂当暴露到真空时也可能降解，而月球昼夜之间的巨大温度变化可能影响太阳能电池因为材料的膨胀和收缩的稳定性。

为试着回答这些不确定性，朗的团队争论一项小规模的到月球使命在真实的月球条件中测试太阳能电池。如果成功了回报可能是巨大的，为月球基地提供动力并使月球的长期定居更有可能。这样一个基地可能被位于月球的南极，那里有大量的水冰隐藏在永久阴影的陨石坑中，从那里太阳是恒定的可以看到的，避免在月球上其他地方为期两周的夜晚缩短任何太阳能使命。

这项研究被今天（4月3日）发表在《装置》杂志上的一篇论文描述。