宇宙飞船里的电能和氧气从哪里来？ 第1页

电池啊，我亲眼看到的，他们把歼-20的电池扣下来，然后装到了火星车上。

现在大部分航空器，包括国际空间站、天宫空间站等都是使用太阳能发电的。少数场景开始使用核电池。

太阳能电池自然就是使用太阳能发电的电池，就是光伏发电，讲个可能不太冷的冷知识先，现在我们的太阳能发电站的光伏发电技术早期是航天技术，产业成熟以后开始民用的。

太阳能技术大致可以分为三代。第一代为硅晶太阳能电池；第二代为薄膜太阳能电池；以及现在应用纳米技术的新型太阳能电池。

太阳能电池的原理其实很简单，光照射到PN结上，引起空穴和电子的定向移动，就形成了电流。

对于半导体而言，其导电性很差，但我们将第三主族和第五主族的元素掺杂进去后，就会形成含有空穴的的N区和含有电子的P区，二者组成PN结，在太阳光照射下，耗尽层内出现新的空穴-电子对，因PN结内建电场力的作用，空穴和电子分别由N型区流入到P型区，由P型区流入到N型区，使PN结上出现电势差，接通线路后产生电流，即“光生伏打”效应。当然，由于半导体导电材料导电性差，需要使用金属材料等另接电极，同时电极还要保证光照面积。

太阳能电池对半导体材料具有一定要求：半导体禁带不能太宽，理论上理论上，光伏响应材料的最佳禁带宽度在1. 4 eV 左右，而单晶硅的禁带宽度为1. 12 eV，是已知自然界中存在的和最佳禁带宽度最为接近的单质材料。

硅晶太阳能电池可以分为单晶硅太阳能电池与多晶硅太阳能电池，以及非晶硅太阳能电池，单晶硅太阳能电池光电转换效率最高可以达到24%左右，但制作工艺困难，成本太高。因此，出现了多晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池光电转换效率低，但成本也更低。

人们也在积极寻找其他的太阳能电池材料，如CdTe薄膜太阳能电池。其禁带宽度为1.45eV，且具有较高的光吸收能力，但其存在自补偿效应，很难制作高导电率的同质结。而GaAs薄膜太阳能电池，禁带宽度为1.43eV，这种电池光电转换效率可以超过40%，同时具有抗高温、抗辐射的特性，但其成本高昂同时As有毒，因此在民用领域有所限制，但在航天领域有很大应用前景。此外还有染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等新型电池。

现代太空活动使用的主要还是硅晶太阳能电池，但我国天宫空间站使用的是柔性砷化镓太阳能电池，抗辐射、耐高温，用过的都说好。

再提一句，除了发电之外，我们还需要将电力储存起来，所以还需要搭配蓄电池使用。国际空间站使用镍氢电池，而我国天宫空间站包括火星探测的天问一号使用的是锂电池。

以下是几种太阳能电池的特点：

而核电池则是宇宙中飞行器的另一种动力方案。现在核电池主要用在火星探测上，这主要是因为火星表面常有沙尘暴，一旦风沙遮住太阳能电池的帆板，太阳能电池便无法继续工作，火星车会失去行动能力。美国机遇号和勇气号火星车就曾经因为沙尘暴提前结束了工作，不过后来又因为旋风把太阳能帆板表面的沙尘吹掉了，因此得以继续工作。

因此，美国选择在火星车上使用核电池。我国也拥有核电池技术，在玉兔月球车上便已经使用过，只是这次祝融号火星车并没有搭载核电池，毕竟这时我国第一次探测火星，祝融号的设计寿命也只有90天。

所谓的核电池，其实不是靠核裂变或核聚变来发电的，那种体积太过庞大。核电池一般是指热电式同位素电池。当然，还有其他核电池，例如辐射伏特效应核电池等。

核电池的主要思路是利用放射性元素衰变时产生的高能射线来发电的。像同位素电池是利用高能射线的热效应，加热热电材料。热电材料具有塞贝克效应（Seebeck effect），在有温度梯度的存在下，材料两端具有电势差，因此可以利用热能发电。而辐射伏特效应电池的原理与太阳能电池类似，它是利用放射性同位素衰变发出的射线照射半导体材料，使半导体产生大量空穴-电子对，空穴-电子对在电场作用下分离，接入外接电路实现电能输出。

核电池的优点很显然，放射性原料的衰变不受外界环境因素影响，半衰期比较长，因此核电池，体积小，寿命长，输出稳定。但缺点也很明显，有核辐射，如果用在其他领域还有其他缺点例如小型化程度不够等。航天领域主要使为例保护发射现场工组人员与民众安全，因此核电池要做好核辐射屏蔽。

以下使核电池的种类及放射性源：

当然，如果以后科技进步，会不会有类似钢铁侠那种小型聚变反应堆出现也未可知啊。

参考文献：

[1]王文雅,白珍.浅谈太阳能电池的现状、原理和运维[J].西藏科技,2020(06):14-16+27.

[2]许伟民,何湘鄂,赵红兵,冯秋红.太阳能电池的原理及种类[J].发电设备,2011,25(02):137-140.

[3]梁启超,乔芬,杨健,姜言森,徐谦,王谦.太阳能电池的研究现状与进展[J].中国材料进展,2019,38(05):505-511.

[4]刘春娜.核电池及其应用概述[J].电源技术,2013,37(05):727-728.

[5]郝少昌,卢振明,符晓铭,梁彤祥.核电池材料及核电池的应用[J].原子核物理评论,2006(03):353-358.

[6]刘义鹤,江洪.全球核电池技术进展初探[J].新材料产业,2018(09):13-16.