从平行到交汇，太空迈入晶硅时代
1.1、 光伏是航天器最重要的能源供应
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。 （1）能源供给稳定：太空环境中无大气吸收、云层遮挡，且不受昼夜、季节变 化影响，太阳光可实现近乎无限的稳定供给。光伏电池将太阳能转化为电能，并通 过电池进行存储，即使航天器进入阴影区，也能通过电池继续供电，确保任务的持 续进行。 （2）成本与续航优势：太空燃料运输成本高，传统燃料供电模式会严重限制航 天器的续航能力和任务持续时间；而光伏系统无需依赖燃料补给，可支撑航天器长 期稳定运行，如哈勃空间望远镜已经在轨道上运行 30 余年。 （3）轻量化易部署：光伏电池的重量较轻，且可以设计为柔性可折叠的形态， 便于在航天器中安装和部署。航天器可以通过对太阳能电池板的布置和角度调整， 最大化阳光吸收量。 （4）低维护要求：光伏电池的结构简单，维护要求较低。航天器在执行长时间 任务时，可以减少对能源系统的维护和替换工作，极大地降低了任务中的潜在风险 和成本。
1.2、 降本增效是光伏技术迭代的驱动力
1.2.1、 地面光伏：逼向晶硅效率极限
地面光伏技术的演进可以划分为四个阶段：早期萌芽探索阶段、以 BSF 为主的 工业化起点阶段、以 PERC 为主的规模化扩张阶段、以 n 型电池引领的技术快速迭 代阶段。
第一阶段是光伏技术的探索阶段。1954 年，贝尔实验室首次研制出基于单晶硅 太阳能电池，转化效率约为 6%，尽管效率低，但首次验证了硅材料在光电转换领域 的可行性。1958 年“先锋一号”卫星所搭载的硅电池效率提升至约 9%，到 1960 年 前后，霍夫曼电子研制的第一代商用单晶硅电池效率已达到 14%，地面光伏技术从 实验实迈入工程化阶段。
第二阶段以 BSF 为主的工业化起点阶段。自 20 世纪末至 2015 年前后，BSF 电 池长期占据地面光伏市场主流。该技术通过在硅片背面形成铝背场结构，提高开路 电压并改善背面接触特性，1976 年采用铝背场结构的晶硅电池实验室效率首次达到 约 15%。因其技术工艺流程简单，成本低廉，迅速成为产业界的主流选择，并在随 后数十年中支撑了地面光伏的规模化扩张。着材料纯度提升和前端工艺优化，到 2015 年左右，BSF 电池的量产平均效率已接近 19%，且由于背面整面金属接触导致高复 合损失，BSF 的理论效率上限被普遍认为在 20%左右。
第三阶段是以 PERC 为主的规模化扩张阶段。2017 年前 BSF 电池占主流，2019年底单晶 PERC 电池（钝化发射极与背面电池）市占率达到 60%左右，反超 BSF 电 池成为主流，其核心改进在于引入背面钝化层并采用局部开孔接触结构，从根本上 降低了背面复合损失。2016 年，天合光能创下 22.61%最高 PERC 电池效率记录，此 后数年，PERC 技术快速放量。2018 年，东方日升 PERC 量产效率 22.19%，到 2020 年，隆基进一步将 PERC 转化效率提升至 23.05%，但随着光生载流子在正面与体内 损失占比上升，PERC 的理论效率极限普遍被认为在 24.5%左右。
第四阶段是以 n 型电池引领的技术快速迭代阶段。随着 PERC 电池转换效率逼 近理论极限，其技术潜力基本见顶，地面光伏由此开启向 n 型技术路线的全面转型， 包括 TOPCon、HJT 及 BC 等，其中 TOPCon 电池产能规模领先，截至 2025 年底， 全球 TOPCon 电池产能已接近 1000GW。
2019 年，天合光能 TOPCon 电池实验室效率达到 24.58%；2021 年，隆基绿能 TOPCon 电池实验室效率提升至 25.21%；2025 年底，晶科能源通过导入新型钝化接 触技术、超低光学寄生吸收技术、新型金属化方案等技术，将 TOPCon 电池转换效 率推升至 27.79%。
HJT 技术结合晶体硅和非晶硅薄膜技术，在异质结界面插入本征非晶硅薄层， 钝化正背表面，具备效率高、低衰减、温度系数低、双面率高、工艺简单、薄片化 等诸多优势。
BC 技术与高效钝化结构深度融合，通过将正负电极完全转移至背面，进一步消 除正面遮光损失。BC 电池正面无栅线遮挡，外形美观，尤其适用于分布式场景。
当前前沿研究主要通过叠层电池来进一步提升转换效率。晶硅–钙钛矿叠层技术 通过在晶硅电池之上叠加宽带隙钙钛矿吸收层，叠层结构可以更充分利用太阳光谱， 突破晶硅电池的理论效率极限。
1.2.2、 太空光伏：降本推动转向晶硅
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。
（1）高能宇宙辐射：太空中没有空气阻力或大气散射，光伏电池可以直接接收 全谱太阳辐射（AM0 光谱，强度约 1367 W/m²），但也暴露在高能粒子辐射中。一方 面，光谱分布的改变通常会导致电池的整体转换效率下降，另一方面辐射对光伏电 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，特别是在低轨 道和深空任务中。
（2）极端温差循环：太空中的温差极大。在阳光照射下，温度可以达到+150°C， 进入阴影后，温度可以降到-150°C。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。
（3）高真空环境：太空是完全的真空环境，缺乏空气中的自然冷却作用。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。
太空光伏技术的发展始终围绕高效率、高功率密度与长期辐照稳定性展开，其 技术路线与地面光伏自早期便出现分化。
1958年3月17日，美国成功发射了首颗采用太阳能供电的卫星——“先锋1号”。 该卫星搭载 8 块小型光伏板，每块光伏板由 6 片 p 型衬底 n 型发射极（P-on-N）硅 太阳能电池串联而成，电池单片尺寸为 2cm×0.4cm。每块光伏板的输出功率约为 50mW，转换效率约为 8%。
1960 年代，硅基 BSF 电池成为航天器主要电源方案，但其在辐照衰减和功率密 度方面的局限逐步显现，促使航天光伏技术开始向新材料体系转移。1973 年，NASA 启动航天太阳能阵列系统研究计划，系统评估 III–V 族化合物半导体在太空环境中 的应用潜力。早期砷化镓（GaAs）电池以单结砷化镓结构为主，通过在 PN 结设计 和外延生长工艺上的优化，显著提升了在高温、强辐照条件下的效率稳定性。相较 晶硅，砷化镓具备直接带隙、更高的吸收系数和更优异的抗辐照性能，在单位厚度、 单位面积功率输出方面具有天然优势。至 1980 年前后，NASA 确认了单结砷化镓在 太空环境的可靠性，1980 年代起砷化镓逐步替代硅电池，支撑同步轨道卫星、深空 探测器等长期任务，成为多数太空任务的主流配置。1995 年，MEASAT 商业通信卫 星采用单结砷化镓电池实现长期在轨运行。1998 年大规模太阳能阵列系统进一步验 证了砷化镓在复杂航天任务中的可靠性。2000 年后，三结砷化镓电池实现量产，三 结砷化镓电池凭借其超高的效率和优异的抗辐照、耐温差性能，在卫星电源分系统 的电池环节逐渐占据主导地位。
不同于 NASA、ESA 等传统航天机构采用砷化镓光伏电池的技术路线，SpaceX 旗下 Starlink 开创性地采用硅基 PERC 光伏电池实现了成本革命，推动卫星互联网的 低价普及。主要原因是 Starlink 星座具有低轨部署（轨道高度 550km）、超高密度组 网（规划 4.2 万颗卫星）、成本敏感的属性。尽管硅基电池在空间辐照环境下光电转 换效率远低于砷化镓电池 30%以上的效率水平，且在低地球轨道（LEO）环境下辐 射降解更快，但硅基电池依托成熟的地面光伏供应链，可实现成本的大幅下探，另 外其衰减周期与卫星设计寿命高度匹配，契合 SpaceX 通过高频次卫星替换维持星座 整体性能的运营模式。
综合来看，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。
1.3、 太空场景 p 型 HJT 具备比较优势
1.3.1、 p 型硅片更适合太空场景
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