导语

面向商业航天与深空探测轻量化能源刚需，我国科研与产业联合团队攻克大面积全钙钛矿叠层规模化制备核心瓶颈，65 平方厘米组件经国际权威认证光电转换效率达 26.2%，创下同尺寸产品全球最高纪录。该成果同步刊发国际顶刊《自然》，为下一代轻量化太空光伏系统提供国产化核心解决方案，加速我国空间能源技术自主化进程。

65cm²全钙钛矿叠层光伏组件实物

南京 6 月 16 日电 近日，南京大学谭海仁教授团队联合仁烁光能（苏州）有限公司产业化攻关团队，在全钙钛矿叠层光伏领域取得里程碑式突破。研究团队成功制备 65 平方厘米大面积无空穴传输层隧穿复合结光伏组件，经日本电气安全和环境技术实验室（JET）第三方权威认证，稳态光电转换效率高达 26.2%，刷新该面积等级全钙钛矿叠层组件世界纪录，相关研究论文于 6 月 15 日以快速预览形式在线发表于《自然》主刊。

当前，低轨卫星巨型星座、空间站拓展、深空探测任务持续扩容，航天器对电源系统提出高功率、轻量化、低成本、可柔性集成四大核心需求。传统航天砷化镓电池造价高昂、自重偏大，晶硅光伏功率密度不足，难以适配大规模商业航天批量发射场景。全钙钛矿叠层电池凭借宽光谱吸收、超薄薄膜、超高比功率等先天优势，成为下一代太空光伏的核心技术路线：钙钛矿吸光系数远超传统半导体，仅亚微米厚度即可实现充分光电转化，单位重量发电能力可达传统刚性光伏 10 倍以上，能大幅减轻卫星发射载荷、简化太阳翼展开结构，完美适配太空极端轻量化需求。

长期以来，大面积叠层放大制造是制约钙钛矿走向航天应用的关键卡点。传统金属隧穿复合结存在薄膜均匀性差、金属扩散腐蚀、有机传输层稳定性弱等痛点，组件面积放大后效率大幅跳水，难以兼顾大面积、高效率与长稳定三大指标。针对行业共性难题，本次攻关团队完成界面结构与制备工艺双重革新：

一是创新纳米晶修饰隧穿复合结，用纳米晶功能层替代传统超薄金属复合层，彻底移除稳定性较差的 PEDOT:PSS 空穴传输材料，大幅降低界面光学损耗，从根源抑制金属离子扩散造成的器件衰减；

二是开发铅 – 锡窄带隙钙钛矿二元共溶剂刮涂体系，精准调控薄膜结晶速率，解决大尺寸基板钙钛矿薄膜厚薄不均、缺陷密集的产业化难题，实现 65 平方厘米完整组件均匀成膜、电荷高效输运。

对比团队 2024 年 20 平方厘米 24.5% 效率成果，本次组件面积提升 3 倍有余，转换效率同步提升 1.7 个百分点，打破 “面积越大、效率越低” 的行业固有矛盾，验证了全钙钛矿叠层光伏大面积量产可行性。论文通讯作者、南京大学谭海仁教授表示：“小面积实验室电池效率已突破 29%，而大面积组件才是通向太空在轨应用的必经之路。本次突破打通从实验室样品到大尺寸工程样机的工艺链路，让钙钛矿太空光伏从理论优势走向工程落地。”

从航天场景适配性来看，全钙钛矿叠层组件具备多重不可替代优势：太空真空无水氧环境可规避地面水汽衰减短板，经抗辐照改性后可耐受空间质子、电子辐照；超薄柔性基底可贴合卫星曲面、折叠收纳，适配大型可展开太阳翼；原材料与卷对卷刮涂工艺成本仅为航天砷化镓电池 1/10，能够支撑上万颗卫星星座规模化部署，大幅降低商业航天单星综合成本。

业内专家评价，该成果不仅刷新光伏效率纪录，更构建起一套完整的国产化大面积叠层制备工艺体系，覆盖材料配方、界面设计、大面积镀膜、封装验证全链条技术，为我国自主研发空间高效光伏电源奠定核心基础。依托高校基础科研 + 企业工程转化协同模式，团队下一步将开展太空环境模拟辐照、高低温交变稳定性测试，持续优化组件抗空间环境性能，推进百平方厘米级柔性叠层样机开发，加速开展卫星搭载在轨验证试验。

在地面新能源领域，该大面积制备工艺同样具备广阔应用前景，叠层钙钛矿组件可适配分布式光伏、建筑光伏一体化场景，助力我国 “双碳” 目标落地；面向航天赛道，技术成熟后将全面支撑低轨通信卫星、遥感卫星、载人航天、深空探测器等多元任务，构建我国自主可控的新一代太空清洁能源体系。

本次研究得到固体微结构物理国家重点实验室、国家重点研发计划、航天先进能源专项等项目支持，彰显我国在新一代叠层光伏、空间新能源交叉领域的全球领先研发实力。未来，产学研团队将持续迭代界面钝化、大面积量产、空间封装技术，不断提升组件转换效率与在轨使用寿命，全力推动国产全钙钛矿叠层光伏奔赴太空，打造属于中国的轻量化航天能源新方案。