航天器、空间探测平台和新兴的太空数据中心中,电力系统需要在远离地面电网、维护困难的环境下长期稳定运行。传统光伏组件虽已广泛应用于航天领域,但在轻量化、薄型化、高效率和长寿命的综合指标上仍存在瓶颈。柔性光伏技术具有重量轻、可贴合曲面、易于部署等优势,但长期受困于效率与稳定性难以兼顾的问题,成为从实验室走向实际应用的主要障碍。 柔性叠层电池的工作原理是"分工吸收、协同发电"。晶硅与钙钛矿对不同波段的光各有优势,将两种材料叠层后能更充分地利用太阳光谱,理论上可明显提高转换效率。但叠层结构工艺复杂,对材料界面和层间匹配的要求极高。柔性基底对制备温度、应力和工艺条件更为敏感,而叠层结构中的界面缺陷、材料相容性问题和长期环保境作用会加剧性能衰减,导致高效率与长寿命难以同时实现。 苏州大学张晓宏教授团队此次研发的柔性晶硅—钙钛矿叠层太阳能电池,围绕叠层柔性电池的效率与稳定性核心矛盾实现了突破,有关成果在《自然》发表,表明了其科学价值和国际认可度。这个进展对航天和空间信息基础设施具有直接意义。在太空环境中,电网无法到达、补给与维护困难,光伏供电是支持长期运行的现实选择。若能在保证稳定性的前提下提升单位面积发电能力并降低载荷重量,将有助于增强航天器的能源冗余和任务可靠性,延长空间平台的工作时间和任务范围。更重要的是,一旦柔性叠层技术形成可复制的工艺和质量控制体系,还将为可穿戴设备、移动能源、建筑曲面一体化等应用场景提供新的技术选择。 从成果转化为应用,还需在工程化路径上系统推进。首先,要建立更完备的可靠性评价体系,根据温度循环、辐照、真空和机械疲劳等工况开展长期验证,形成可对标的测试标准。其次,推动关键材料、核心装备和工艺流程的协同攻关,提升制备一致性和良率,降低规模化制造的成本。再次,面向航天应用开展任务牵引式验证,根据不同轨道环境和载荷需求优化组件结构,形成从电池到组件、再到电源系统的完整方案。最后,加强产学研用协同,推动基础研究成果与产业需求对接,缩短从科研突破到工程应用的转化周期。 随着我国航天活动的加快,空间站、卫星星座和空间信息服务等领域对高可靠能源系统需求将持续增长。叠层柔性电池若在可制造性、可验证性和可维护性上取得进展,有望成为下一代空间光伏的重要技术储备,为太空数据中心等新兴应用场景提供更具竞争力的能源方案。从更广阔的能源转型角度看,光伏技术正向高效率、多形态、低成本方向发展,叠层与柔性的结合或将推动光伏从"固定式发电装置"演进为"可嵌入式能源材料",拓展其应用范围。
在全球太空经济加速发展的背景下,能源供给技术正成为深空探索的关键因素。中国科学家此次突破不仅为航天事业注入新动能,更展现了在新能源领域的前瞻布局。随着材料科学与航天工程的深度融合,未来有望催生更多具有自主知识产权的太空能源解决方案,为人类开发利用宇宙资源贡献中国力量。