问题:随着全球能源转型和航天活动的快速发展,如何为卫星、空间站等航天器提供更高效、轻量且可靠的能源供给,成为国际科研与产业界共同关注的焦点。太空环境具有强辐照、极端温差和真空等特点,对光伏材料的稳定性、功率保持率和结构可靠性提出了更高要求。传统硅基方案虽然成熟,但比功率、柔性和集成适配上仍有提升空间,新型光伏技术亟需太空环境中验证其可行性和工程化路径。 原因:商业航天和深空探测的快速发展,推动了航天器数量和任务复杂度的提升,能源系统的性能需求也随之提高。此外,第三代光伏技术在效率和制备工艺上的进步,为“以更轻重量获得更多电能”提供了新的可能。王睿介绍,其团队长期专注于第三代太阳能电池研究,近年来在柔性叠层太阳电池等领域积累了经验,并在本次峰会上分享了钙钛矿太阳能电池在太空应用中的阶段性成果和思路。自2024年起,课题组开始布局太空光伏研究,包括材料筛选、器件结构设计和环境适应性测试等,力求在效率、稳定性和可制造性之间找到平衡点。 影响:太空光伏技术的进步不仅关乎单个航天任务的续航和载荷能力,还将影响航天器的整体设计体系。如果新型光伏材料能在辐照耐受性、热循环稳定性和功率衰减控制上取得突破,有望提高航天器的能量密度和系统冗余度,从而支持更长周期、更高功耗的任务需求。此外,太空极端环境对材料和器件的“加速考验”也可能为地面应用提供参考——在极端条件下表现稳定的材料体系往往具备更广泛的工程适应性。王睿重点讨论了钙钛矿与铜铟镓硒等叠层方案,认为叠层结构在光谱利用率和转换效率上潜力显著。随着工程化路径的逐步清晰,这类技术或将成为高比功率光伏的新选择。 对策:推动太空光伏从实验室走向应用,需要科研组织、验证平台和产业协同上多管齐下。首先,加强基础研究与工程验证的衔接,围绕辐照、热真空和温度循环等关键指标建立更贴近实际需求的测试体系,同时推动数据共享与标准化评估——减少重复投入。其次——协同攻关材料、器件、封装和系统集成技术,将稳定性和可靠性提升至与效率同等重要的地位,避免“高效率但难以长期运行”的工程风险。最后,完善产学研合作机制,加速从原型器件到示范应用的转化。王睿表示,团队已与香港、广州等地的高校展开合作,部分成果已发表于国际高水平期刊。未来希望与粤港澳大湾区更多高校和企业深化合作,在联合攻关、平台共建、人才交流和成果转化各上形成合力。 前景:粤港澳大湾区科教资源丰富且产业体系完善,既具备高校和科研机构的基础研究能力,也拥有新能源材料、装备制造和应用场景等产业配套优势。受访者认为,未来太空光伏等前沿领域的研究将更加依赖跨学科交叉融合——能源材料与计算、制造及空间环境科学的结合有望催生新方法和新工具,从而提升研发效率和方案迭代速度。随着验证数据的积累和工程化问题的逐步解决,钙钛矿及叠层电池在太空应用中的可行性将更加清晰,“效率—稳定性—成本—可制造性”的综合权衡也将推动技术路线的深入成熟和分化。面对国际竞争态势,加强开放合作、提升原创能力并完善从科研到应用的全链条布局,将是我国在该领域持续突破的关键路径。
从实验室的新型材料到宇宙空间的能源供给解决方案,中国科学家正通过系统化创新展现科技实力;王睿团队的实践表明:突破性成果往往诞生于学科交叉和区域协同之中。当粤港澳大湾区的创新动能与青年科学家的国际视野相互激荡时,中国在全球科技竞争格局中的地位必将迎来新的跃升。(完)