比硅电池轻几十倍！钙钛矿电池为月球基地供能

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2025年，人类重月球的步伐明显加快。中国、美国、欧洲都加快了登月的步伐。尽管路径各异，但方向一致——在月球上建立人类第一个可持续的地外基地。但在热火朝天的登月计划背后，一个现实又棘手的问题始终绕不开：月球上的电，哪里来？

你肯定会说，太阳能！

没错，月球上没有大气遮挡，阳光直射；尤其在月球南极的“永照区”，每年约有80%的时间都能获得阳光照射。太阳能无疑是最现实也最可持续的选择。

但传统的太阳能电池，真的不适合“登月”。因为它们不仅贵、重还很“脆弱”。

目前将1公斤物资送上月球要花上百万美元，传统电池板又大又重，还得加一层厚玻璃封装以抵御辐射和微流星体撞击，运输成本飙升。贵就贵点吧，但最大的问题是：即使把传统太阳能电池送到月球上，也不经用。月球昼夜温差高达300°C，而且没有大气保护，宇宙射线、太阳风暴说来就来。这些环境因素能让电池材料迅速老化。如果这些问题无法解决，月球能源系统将长期依赖地面运输与补给，难以实现真正的独立与可持续运行。

为破解这一难题，科学家们换了个思路：既然带不上去，不如在月球上“自己造”太阳能电池。

2025年，德国波茨坦大学和柏林工业大学的团队在《Device》杂志上发表了一项突破性成果，利用模拟月壤制成半透明“月球玻璃”，并涂覆高效卤素钙钛矿材料，成功制备出可在月球就地生产的太阳能电池。这项成果为构建月球自给自足的能源系统开辟了新路径。

那么，这项突破的核心材料——“月球玻璃”，究竟是什么？”

月球表面覆盖着由微流星撞击和太阳风形成的粉末状月壤，富含氧化硅、氧化铝和氧化钙，正是地球上制造玻璃的主要成分。研究团队选用成分与真实月壤几乎一样的模拟物，在1550°C下熔融3小时后缓慢冷却，成功制备出半透明的“月球玻璃”。

这种玻璃厚2mm时透光率达44%，减至1mm可达65%，虽不及地球高纯玻璃，但足以作为坚固且透光的太阳能电池基底。更关键的是，它具备抗辐射能力，不会因宇宙射线而变黄而影响太阳能电池的效率。这得益于其中天然的铁杂质，能在月球严酷环境下长期稳定工作。

有了这块“天生适应太空”的月球玻璃，研究人员开始打造真正可在月球使用的太阳能电池。

研究团队选用性能优异的卤素钙钛矿作为发电核心，曾在地球实验中达到23%的光电转换效率。为提升电荷传导效率，他们在月玻璃表面依次沉积了150nm厚的导电膜（ITO）和一层有机界面材料 MeO-2PACz，优化电荷提取并减少能量损耗。这种多层结构为稳定高效的月球电池打下了基础。

为验证“月球玻璃”的性能，研究人员将其与常用的地球玻璃进行了对比。

显微镜观察显示，月玻璃上的钙钛矿晶粒大小约31nm，与地球玻璃上的41nm非常接近，晶体分布均匀、无明显缺陷，而且材料结构同样稳定，证明其完全可胜任电池基底。而且光致发光量子效率（PLQY）测试显示，月玻璃电池的PLQY达2.13%，远高于地球玻璃的1.46%，证明“月球玻璃”电荷传输更顺畅，发电效率更高。

这些对比结果证明，月壤制成的玻璃不仅能透光，还能作为高性能太阳能电池基底，标志着“在月球制造电力”迈出关键一步。

为评估“月壤玻璃+钙钛矿”太阳能电池的实用性，研究团队对其性能与稳定性进行了全面测试。

他们设计了三种结构电池进行对比：第一种使用不透明铜电极，效率为8.5%；第二种采用薄金属电极，效率提升至9.4%；第三种使用透明导电膜，效率最高达12.3%，甚至略高于地球玻璃基底的12.1%。

在辐射测试中，月壤玻璃电池在模拟10年月球辐射后效率仅下降0.4%，远优于地球玻璃电池的88%保持率。研究认为，这得益于月玻璃中天然铁元素的抗辐射作用。此外，电池还经受住了模拟月球日夜温差（+120°C至-170°C）的热循环测试，未出现裂纹或性能衰减，展现出优异的热稳定性。

在轻量化方面，钙钛矿电池同样展现出巨大的优势。1公斤钙钛矿材料可制备约400平方米电池，功率密度达22瓦/克，是传统硅电池的几十倍，适合火箭运输和月面快速部署。

这项研究不仅验证了“月壤+钙钛矿”电池的发电能力，更证明其在月球极端环境下具备长期稳定运行的潜力，是“在月球制造、在月球使用”能源系统的重要一步。

那月球上没有高温炉，怎么造“月玻璃”和太阳能电池呢？

研究团队提出了一个叫“月面就地制造系统（ISRU）”的想法。不用搬设备上月球，而是直接用阳光来加热玻璃。他们设想用类似放大镜的菲涅尔透镜或抛物面镜，把阳光聚焦，把月壤加热到超过1500°C，直接熔成玻璃，全程不需要高压或复杂环境。这套系统大约3吨重，可移动，还能连续造电池。只需从地球带少量有机材料和电极，其余原料全靠月壤。在现有技术下，部署成功后每天可产几十平方米太阳能板，为未来的月球基地、科研站甚至工厂源源不断供电。

这一技术离真正在月球上实施还有多远？应用前景如何？

这项“把月壤变成太阳能板”的技术最大优势在于就地取材，能大幅降低运输成本，且月壤电池强度高、抗辐射，适合月球环境。但目前仍处于实验室阶段，距离真正应用还有不少挑战，如设备复杂、部分材料需地球供给、月壤成分不稳定等。乐观估计，至少还需5到10年技术积累和试验。

尽管如此，这项研究意义重大，不仅融合了材料、能源和航天技术，更为未来星球能源系统提供了低成本、高效率的新思路，是迈向太空可持续发展的关键一步。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

作者：朱星 日产汽车电池工程师

审核：王军强 中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司