光伏设备：商业航天发展提速 太空光伏有望打开设备新成长空间
摘要
1、现阶段III-V族多结光伏电池凭借高转换效率、优异抗辐射性与稳定性，成为卫星及空间站能源供给主流选择，但其依赖 MOCVD 设备与稀缺金属镓，成本高达 20 万-30 万元/m2;SpaceX开创性采用硅基 PERC 光伏电池，依托地面成熟供应链实现成本大幅下探，尽管硅基电池抗辐射性和转换效率低于 III-V 族电池，但其衰减周期与卫星设计寿命匹配，适配高频次卫星替换的运营模式，推动低轨卫星大规模部署。
2、p型HJT及钙钛矿叠层适配太空场景。p型HJT电池：p型硅基电池抗辐射性能显著优于n型，而HJT电池具备薄片化、低银耗、低衰减及低温度系数等优势，因此p型HJT电池成为当前最适配太空场景的晶硅光伏技术路线。
钙钛矿：晶硅钙钛矿叠层电池通过光谱分治突破晶硅效率极限，理论极限超 43%;钙钛矿 比功率远超其他电池技术，且抗辐射性能优异，电子辐射下性能降幅低于砷化镓 及晶硅电池，具自修复能力，叠层结构兼顾抗辐射与长寿命优势。
正文
光伏是太阳系航天器最可靠、经济且可持续的电力来源，自 1958 年 Vanguard 1 卫星首次使用以来，“光伏+储能”已成为航天电力系统的标配。
图：光伏目前是航天器最适合的能源供应方式
资料来源：开源证券研究所
太空环境与地面存在本质性差异，对光伏电池的应用构成多重极端挑战，包括高能宇宙辐射、极端温差循环、高真空、与微重力环境等。
高能宇宙辐射：1)光谱分布的改变通常会导致电池的整体转换效率下降;2)辐射对光伏电池材料的电子结构产生影响，导致转换效率下降，并影响电池寿命。
极端温差循环：太空中的温差极大，温差可在-150℃至150℃浮动。热循环会引起热应力和材料疲劳，要求光伏电池的材料和结构提出了高要求。
高真空环境：在太空环境下工作的光伏电池，热量散发方式不同于地面条件，必须依赖辐射散热而非对流散热。
图：光谱分布的改变会导致电池整体转换效率下降（左），低中轨道的高辐射对光伏电池功率影响很大
资料来源：《Operation of Solar Cells in a Space Environment》Sheila Bailey 等，开源证券研究所
图：极端的太空环境对光伏电池的应用构成挑战
资料来源：《低地球轨道空间环境与效应集成化监测装置设计》向树红等，开源证券研究所
III-V 族多结光伏电池是现阶段太空应用技术成熟度与综合性能最优 的光伏技术路线。其凭借高光电转换效率、优异抗辐射性能与可靠稳定性，已成为卫星及空间站能源供给的主流选择。但其制备高度依赖 MOCVD 设备与稀缺金属镓， 导致成本极高，当前商业化 III-V 族砷化镓多结电池报价区间为 20 万-30 万元/平方米，折算单位功率成本超过1000元/W。
硅基光伏电池则具备显著成本优势，地面主流晶硅电池单位功率售价普遍低于 0.5 元/W，即便适配太空应用场景需开展抗辐照、轻量化等特殊工艺改造，其综合成 本仍远低于 III-V 族砷化镓电池，更契合大规模星座的商业化部署需求。但硅基电池 抗辐射性相对较差，限制了其在高辐射强度轨道的应用。
图：硅基光伏电池的低成本及高效率更适合大规模商业化
资料来源：《Solar Energy in Space Applications: Review and Technology Perspectives》Rosaria Verduci 等、开源证券研究所
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p 型电池是以硼掺杂的 p 型硅片作为基底的太阳能电池(n/p 结构)，其主要优势 在于对辐射环境的出色耐受性。 n型电池是以磷掺杂的 n 型硅片作为基底的太阳能电池(p/n 结构)，其主要优势是初始转换效率较高且无光诱导降解。
NASA 早期研究中指出，p型硅基电池在强辐射环境下相对n型硅基电池具备性能优势，经测试p型硅基电池耐受1MeV电子辐照的能力，最高可达n型硅基电池的10倍；其对质子辐照的敏感度，也较n型硅基电池低3-8倍。
图：随着辐照通量的提升，p 型电池最大功率点的衰减量较 n 型电池更慢
资料来源：《Theoretical study of the maximum power point of n-type and p-type crystalline silicon space solar cells》M A Cappelletti，开源证券研究所
从工艺看，HJT具备比较优势。太空对光伏电池的轻量化、抗辐射、极端温差及经济性有着严苛要求，而 HJT 电池凭借薄片化、低银耗、低衰减、低温度系数等核心优势，成为当前可量产下最适配太空场景的晶硅光伏技术路线。
薄片化优势：1)电池薄片化可有效降低发射载荷，大幅节省火箭燃料成本;2)柔韧性强，可适配卷迭式太阳翼结构，提升卫星内部空间利用率;3)助于减少辐射导致的性能衰减，在轨运行的效能与经济性。
低银耗优势：2025年四季度以来银价持续上涨，严重挤压行业利润空间，因此低银化、无银化成为光伏降本的必由之路。
低衰减及低温度系数：当前主流HJT组件首年衰减率仅为 1%，全生命周期线性衰减率低于 0.3%/年，综合衰减表现优于PERC、TOPCon等其他晶硅电池技术路线。在温度系数方面，主 流 HJT 组件温度系数低至-0.22%/°C，相较 PERC(-0.34%/°C)、TOPCon(-0.26%/°C)及 BC 电池(-0.26%/°C)具备比较优势，更适合太空环境。
图：HJT 在多项指标上具备比较优势
资料来源：TaiyangNews、东方日升 官网、晶科能源官网、爱旭股份官网、英利官网、SMM、diamonds4if、 开源证券研究所
钙钛矿(叠层)电池验证结果较为欠缺，成熟后有望成为主流。钙钛矿太阳能电池可通 过溶液加工技术以低成本制备，使其成本低于其他光伏技术，可在柔性衬底上生长。PSC的结构由透明导电电极沉积在玻璃基底上、夹在电子传输层和空穴传输层之间 的钙钛矿吸收层以及金属接触层构成。根据电荷选择层的沉积顺序，可分为两种构型：平面PSC n–i–p和平面反型p–i–n。
钙钛矿电池在高剂量γ射线辐射前后PSC的J–V曲线比较(下图左)，所有光伏参数均有所下降，VOC几乎保持不变，但JSC显著下降，归因于玻璃基板在γ射线辐照后变暗。通过在ITO/玻璃基板上进行的透射光谱测量证实了这一效应，辐照后透射率从≈90%降至≈50–75%(下图右)，当考虑这一损耗时，PCE 值(辐照后)为18.20%，与原始器件相当，从而证明钙钛矿的退化可忽略不计。
图：高剂量γ射线辐射前后J–V曲线（左），辐照前后透射率变化（右）
资料来源：《Solar Energy in Space Applications: Review and Technology Perspectives》（Rosaria Verduci 等），广发证券发展研究中心
考虑叠层电池，MHP/CIGS相对更有前景。《Solar Energy in Space Applications: Review and Technology Perspectives》中研究了MHP/CIGS 和MHP/Si基的能量质子的辐射耐受性，MHP/CIGS叠层电池在AM0光照下仍保持约85%的初始PCE，这主要是由于VOC的轻微减少导致的损耗，而其他光伏参数几乎保持不变;相比之下，MHP/Si基器件在AM0条件下仅保留1%的原始PCE，这与JSC大幅降低至初始值的2%有关。
问 太空AI算力中心 能源来自哪里？太空光伏离现实有多远？钙钛矿，下一代太空光伏？