问题:面向深空探测、卫星通信与空间站运行等需求,太空能源保障正成为全球科技竞争的关键环节。
传统航天电源体系在效率、重量、环境适应性与成本等方面仍存在进一步优化空间。
如何在强辐照、温度剧烈波动、真空等极端条件下实现更高效、更轻量、更可靠的光伏发电,成为能源材料与航天工程交叉领域亟待攻关的重要课题。
原因:一方面,国际航天活动加速推进,低轨卫星规模化部署与深空任务增多,对单位面积发电能力、比功率与寿命提出更高要求。
另一方面,新型光伏材料体系快速迭代,钙钛矿太阳能电池凭借高效率潜力、可低温制备与可与多种吸收层构筑叠层等优势,吸引学界与产业界持续投入。
与此同时,科研组织方式也在变化:前沿突破越来越依赖材料、器件、封装、可靠性评价以及航天任务设计的协同,单一团队难以覆盖完整链条,跨区域、跨机构合作的重要性进一步凸显。
影响:在迪拜举行的世界顶尖科学家峰会上,西湖大学工学院长聘副教授王睿介绍了其团队以及公司围绕钙钛矿太阳能电池太空应用开展的探索。
他表示,太空光伏是当前国际研究热点,团队自2024年起已开始布局相关实验工作,从材料筛选、器件结构到环境适应性验证逐步推进,并关注钙钛矿与铜铟镓硒(CIGS)叠层太阳能电池在太空环境中的应用潜力。
相关路线若在抗辐照、热循环与长期稳定性方面取得关键突破,有望带来更高的能量密度和更低的发射成本,进而支撑更长寿命、更高功率的航天任务,同时对地面柔性光伏、特种电源等领域也可能形成溢出效应。
对策:王睿认为,面向工程化目标,太空光伏研究应更加注重“实验室效率”向“任务可靠性”的转化,围绕材料本征稳定性、界面缺陷钝化、封装与系统级验证形成闭环。
其间既要坚持基础研究的长期投入,也需要与航天需求、测试平台和产业制造能力对接,推动标准化评价体系建设。
王睿还提到,能源领域与新兴技术的交叉融合正在加速发展,跨学科方法将为器件设计、失效分析与工艺优化提供新的思路与工具,有助于缩短研发周期、提升研发效率。
作为长期从事第三代太阳能电池研究的青年学者,他在柔性叠层太阳电池等方向的积累,也为探索太空场景下的轻量化与高效率兼顾提供了技术基础。
前景:在区域协同方面,王睿表示团队已与香港、广州等地高校建立良好合作关系,部分合作成果已在国际顶级期刊发表。
他指出,粤港澳大湾区高校与科研机构密集、产业链条完整、应用场景丰富,在先进材料、先进制造与工程验证等方面具备协同优势。
下一步,若能在联合攻关机制、共享测试平台、人才双向流动以及成果转化通道等方面形成更紧密的合作网络,将有助于推动新型光伏从“可行性验证”迈向“系统化应用”。
从全球视角看,太空光伏作为战略性前沿方向,竞争将更加聚焦于稳定性、规模制备与工程集成。
面向未来,加强国内外高水平学术交流,在开放合作中提升原始创新能力与产业支撑能力,将成为推动该领域持续突破的重要路径。
当中国科研人员在国际舞台持续输出原创成果时,王睿的案例揭示了新时代科技创新的深层逻辑——既要保持对基础研究的长期投入,更要善用区域协同的创新生态。
随着粤港澳大湾区国际科创中心建设提速,这种"顶天立地"的科研范式,或将为破解全球性能源挑战贡献更多东方智慧。