
当人类的足迹不断迈向深空,一个看似朴素却极为关键的问题始终横亘在前:电,从哪里来?
传统的空间太阳能电池板,厚重、坚硬,发射时像驮着一副沉重的铠甲。而一种更轻、更薄、更高效的光伏技术,正在悄然改写这一局面。
就在昨天,南京大学传来重磅消息:该校谭海仁教授团队联合仁烁光能(苏州)有限公司,成功研制出一款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环境研究所(JET)认证,其光电转换效率达到惊人的26.2%,一举刷新了该面积等级全钙钛矿叠层组件的世界纪录。
这一突破性成果,已于15日以快速预览形式在线发表于国际顶级学术期刊《自然》。
为什么它让科学界如此兴奋?
“全钙钛矿叠层太阳能电池,天生就是为空间环境而生的。”论文通讯作者、南京大学现代工程与应用科学学院教授谭海仁这样形容。
它的独特之处在于——光谱利用更宽、吸光能力极强。只需亚微米级别的厚度(不到一根头发丝直径的百分之一),就能实现高效的光电转换。这意味着,未来的空间光伏器件可以像一层薄膜一样轻盈,不仅大幅降低发射重量,还能让太阳翼的展开机构变得极其简单。对于每一克重量都精打细算的航天任务来说,这无疑是一个极具诱惑力的轻量化方案。
两大核心创新,拆解“破纪录”背后的硬核功夫
此次登顶世界纪录的,是一片65平方厘米的光伏组件。在光伏领域,大面积组件的制备远比实验室里的小电池困难得多,极易出现薄膜不均匀、缺陷增多等问题,导致效率断崖式下滑。南京大学团队正是啃下了这块“硬骨头”,而他们的武器,来自两记精妙的工艺革新。
第一重革新:给界面连接层做“减法”
研究团队提出了一种全新的无空穴传输层隧穿复合结结构。听起来复杂,但你可以这样理解:传统叠层电池里有一个负责连接上下子电池的“接线盒”,通常由超薄金属复合层和名为PEDOT:PSS的空穴传输层构成,不仅工艺繁琐,还存在光吸收和稳定性方面的短板。团队大胆重构了这一结构,用一层纳米晶功能层替代了金属复合层,同时直接去掉了PEDOT:PSS层,实现了更简洁、更高效的电荷隧穿连接。减掉了冗余,却增强了联通,就好比把一座需要换乘的立交桥改成了直达隧道。
第二重革新:为大面积薄膜制备找到“黄金配方”
大面积钙钛矿薄膜的均匀制备,是整个领域的拦路虎。针对铅-锡窄带隙钙钛矿这一关键材料,团队在刮涂工艺上开发出一种由2-甲氧基乙醇和四氢呋喃组成的二元共溶剂体系。这两种溶剂默契配合,就像一个微米级的“铺路团队”,既能保证钙钛矿晶体在整片基底上均匀“生长”,又能精细调控结晶过程,最终制备出平整致密的高质量大面积薄膜。
正是这套“界面重构+溶剂协同”的组合拳,为叠层组件的规模化制造铺平了工艺道路,让高效率从实验室的“小而美”真正走向了可放大的组件级。
不止是太空:一场更广阔的光伏想象力
虽然这项研究的初衷是瞄准空间轻量化光伏系统,但其意义远不止于航天。全钙钛矿叠层光伏具备轻质、柔性、可溶液法制备等天然优势,未来完全可能以更低的成本走进我们的日常——比如贴在建筑幕墙上发电,集成到可穿戴设备中续航,甚至在移动能源和光伏扶贫中扮演独特角色。
当然,从刷新纪录到大规模产业化,还要跨越稳定性和大面积量产等关卡,但26.2%的认证效率如同一个高耸的界碑,宣告着中国科学家在这条赛道上跑在了世界最前列。
当航天器披上一层比纸还薄却能量充沛的“光电羽衣”,深空的黑暗将不再意味着能量的贫瘠。这,正是科技突破最动人的浪漫。









