问题:全球能源转型与空间基础设施加速建设的背景下,太阳能技术面临“双重考题”:地面端需要更低成本、更可持续的光伏路线;空间端则对轻质化、长寿命、耐辐照与可折叠展开提出更高要求。传统技术在资源约束、应用形态和极端环境适应性等仍有提升空间,新型薄膜光伏要走向规模应用,亟需在效率、稳定性与可制造性上同步突破。 原因:此次效率提升至16.6%的关键,在于研究团队围绕材料微观结构与缺陷机理持续攻关。通过对结晶质量、原子结构及缺陷态进行系统调控,降低非辐射复合等内部损耗,从源头提升器件能量转换效率。据介绍,团队提出并完善了以“原子空位策略”引导铜锌原子有序归位的思路,抑制缺陷活性,为效率提升提供了可重复、可扩展的路径。长期积累同样重要:团队深耕对应的基础研究十余年,2022年率先跨过13%效率瓶颈,此后3年内实现14%、15%、16%连续提升,并同步推进器件放大与柔性组件构建,推动成果从“实验室指标”走向更接近工程应用的形态。 影响:一是产业化门槛正在被实质性拉低。按照薄膜光伏技术演进规律,效率进入15%—16%区间后,技术路线具备开展应用示范与产业验证的基础。CZTSSe由铜、锌、锡等常见元素构成,资源基础较好、成本潜力突出、环境友好特征明显;若在工艺一致性和量产良率上继续提升,有望形成更可持续的供应链选择。二是面向空间能源的技术储备继续增强。其耐辐照、稳定性以及轻质柔性等优势,使其有望适配低轨卫星互联网、空间能源平台、深空探测等对比功率和在轨可靠性要求更高的场景,为未来“地面—空天”一体化能源利用提供新的材料与器件方案。三是我国在新型薄膜光伏领域的领先优势得到巩固。相关成果多次进入国际权威效率榜单并在国际期刊发表,反映出我国在关键材料与器件物理上已形成持续的创新能力。 对策:面向从纪录到产业的跨越,下一阶段可聚焦三项重点。其一,加快应用示范与工程验证,围绕柔性组件、轻量化发电单元、复杂环境可靠性等方向开展系统测试,形成可对标、可评估的产品指标体系。其二,强化制造环节的关键工艺攻关,聚焦大面积均匀沉积、缺陷一致性控制、封装与寿命评估等产业共性难题,推动效率、稳定性与成本的协同优化。其三,推进产学研用协同与标准体系建设,依托科研优势对接产业需求,完善认证测试、可靠性评价与应用规范,为后续规模化应用提供制度与市场支撑。 前景:研究团队判断,当CZTSSe电池效率接近20%、组件效率达到18%并实现批量制备后,将具备更强的市场竞争力。届时,凭借轻质柔性、可折叠展开以及资源可持续等特点,有望在便携式能源系统、移动装备供电、应急电源保障以及卫星与空间能源平台等新兴领域释放更大价值。放眼更长周期,若全薄膜叠层等技术路径取得进一步突破,CZTSSe有可能在地面低成本发电与空天能源系统中形成差异化优势,成为多场景太阳能供给体系的重要组成部分。
科技创新的价值,不仅在于刷新纪录,更在于跨越“可做”与“可用”的距离;薄膜光伏从实验室走向规模化应用,既需要长期投入的基础研究,也离不开工程体系与应用场景的共同牵引。以资源可持续为基础、以柔性轻量化为特色的新路线持续取得进展,反映了我国在新型能源技术储备与前瞻布局上的积累,其意义在于为构建清洁低碳、安全高效的能源体系拓展了更多可选路径。