揭示臨近空間鈣鈦礦太陽電池晝夜性能演化規律

近日，中國科學院大連化學物理研究所薄膜太陽電池研究組高級工程師王輝、副研究員王開和研究員劉生忠團隊與西安電子科技大學張春福教授、郝躍院士團隊及中國科學院空天信息創新研究院研究員黃旻團隊合作，首次報道了臨近空間環境鈣鈦礦太陽電池晝夜性能演化的研究成果。相關成果發表在《先進能源材料》上。

臨近空間是指距地表20-100km的空間，這一空間氣流相對平穩、垂直對流小，是部署空中飛行平臺執行監視預警、通訊中繼、導航定位以及環境監測等任務比較理想的環境。而鈣鈦礦太陽電池具有較高的功質比，是空中飛行平臺良好的能源供應器件。但是，不同于地面環境，臨近空間較強的紫外線照射強度、較大的晝夜溫差變化會對鈣鈦礦太陽電池發電性能造成影響。目前，尚沒有臨近空間環境鈣鈦礦太陽電池晝夜性能演化相關研究。

研究團隊制備的鈣鈦礦太陽電池搭載高空氣球，在高度為23km的臨近空間，進行了長達19個小時的飛行試驗，研究了鈣鈦礦太陽電池在長時長、大溫差、強紫外、低氣壓臨近空間環境下鈣鈦礦太陽電池的晝夜性能演化規律，并探討了可能的變化機制。

研究表明，鈣鈦礦太陽電池在臨近空間展現了優異的發電性能和較好的穩定性，最高發電功率密度達12 mW cm-2（同時搭載的晶體硅太陽電池發電功率密度為15 mW cm-2），這是目前在臨近空間飛行時間最長、晝夜溫差變化最大（-70℃至70℃），發電功率密度最大的鈣鈦礦太陽電池。

經實驗室效率歸一化后，鈣鈦礦太陽電池與晶體硅太陽電池全天發電能量密度完全相當，展示了鈣鈦礦太陽電池在臨近空間巨大的應用潛力。