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在浩瀚的太空中,能源就是航天器的生命线。长期以来,以砷化镓为代表的太阳电池技术虽然成熟,但其沉重的“体重”和高昂的发射成本,始终是制约深空探测的痛点。如何将每一克载荷的价值发挥到极致?近日,仁烁光能联合南京大学谭海仁教授团队及王元元教授课题组给出了震撼业界的“中国答案”。双方合作研发的大面积全钙钛矿叠层光伏组件,经国际权威机构日本电气安全和环境技术实验室(JET)认证,稳态效率高达26.2%。这一里程碑式的成果于2026年6月15日在线发表于国际顶级期刊《Nature》,标志着我国在下一代空间光伏技术领域取得了关键性跨越。
对于航天任务而言,每一克重量的减轻都意味着数千甚至数万美元发射成本的节约。全钙钛矿叠层电池因其极高的吸光系数,仅需亚微米厚度即可实现高效光电转换,其“比功率”可达传统刚性电池的10倍以上,被视为未来空间轻量化光伏系统的理想方案。然而,从实验室的小面积器件走向太空应用的大面积组件,中间横亘着巨大的技术鸿沟:传统结构中的超薄金属层难以在大面积上实现均匀控制,且极易引发金属扩散;而常用的有机传输层在空间极端环境下稳定性不足,严重制约了组件的效率与寿命。面对这些瓶颈,联合研发团队没有选择修补,而是进行了底层逻辑的重构。
团队创新性地提出了一种“无空穴传输层的隧穿复合结结构”,从根本上解决了界面难题。研究人员摒弃了传统的超薄金属复合层和不稳定的PEDOT:PSS空穴传输层,转而采用自主合成的纳米晶功能层进行替代。这一“以晶代金”并做减法的策略,不仅大幅降低了光学损耗,提升了透光性能,更从根源上阻断了金属扩散与有机层退化的路径,显著提升了器件在极端环境下的可靠性。为了配合这一新结构,团队还通过引入磷酸基材料和自主合成的MMPA配体,对钙钛矿体相与界面进行了协同调控,打通了电荷传输的“高速公路”,使得铅-锡窄带隙钙钛矿电池的光电转换效率达到了24%。
在大面积制备工艺上,团队同样取得了突破。针对薄膜均匀性这一规模化制造的核心痛点,研究人员开发了一种由2-甲氧基乙醇和四氢呋喃组成的二元共溶剂体系。这种溶剂体系配合刮涂工艺,有效解决了大面积成膜过程中的应力分布不均问题,实现了大尺寸钙钛矿薄膜的均匀可控制备。最终,这款面积为65cm²的全钙钛矿叠层组件交出了完美的答卷:实验室效率达到26.6%,JET认证稳态效率达到26.2%。这一数据不仅刷新了同尺寸组件的世界纪录,更被收录于太阳能电池世界纪录效率表,证明了全钙钛矿技术完全具备从地面走向太空、从实验室走向产业化的实力,为中国航天装上了一颗更强、更轻的“中国芯”。
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