随着科学技术的进步，人类的发展也不再局限于地面，而是不断向宇宙空间推进。作为空间资源的重要组成部分，临近空间独特的地理位置使其在空间科学研究中具有特殊的战略地位，逐渐成为国际高新技术领域的研究热点，也是我国重点发展的领域之一。

    由于临近空间飞行器所处空间位置及环境的特殊性，飞行器的材料与结构、飞行所需的动力能源技术以及浮空平衡技术，都是临近空间飞行器发展面临的关键性问题。其中，能源技术是目前亟需解决的技术瓶颈之一，其密切关系到飞行器的平稳运行以及持续飞行作业时间。

    太阳能电池技术是解决临近空间飞行器能源瓶颈的一个重要途径。太阳能电池技术又称为光伏技术，是利用光吸收材料将光能转化为电能的技术。硅基太阳能电池是最为常用的光电转换能源装置，它具有较高的光电转换效率以及工作寿命，现已成功应用于临近空间飞行器。不过，传统硅基太阳能电池装置，在临近空间飞行器上的应用也存在着较多限制，例如，在柔性基底上制备单晶硅太阳能电池还存在技术瓶颈，制约了其在临近空间飞行器弯曲机体表面的应用。另外，硅基太阳能电池的能质比较低，基于此类能源装置的自重过大，这也限制了飞行器自身所能携带的其他有效载荷，进而制约了临近空间飞行器技术的发展。

    近年来，一类新型的光伏能源技术——钙钛矿太阳能电池迅速崛起，其光电转换效率从2009年的约3%提升到2019年的25.2%，一举超过多晶硅太阳能电池，成为最具应用潜力的可再生能源技术之一。

    与传统硅基太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池具有几点显著的优势。首先，成本优势。采用价格低廉的钙钛矿光伏材料作为吸光材料，而且制备流程的成本显著低于单晶及多晶硅。其次，柔性优势。钙钛矿光伏材料在太阳能电池中通常以厚度为亚微米级别的薄膜形式存在，具有柔软可弯折的力学特性，适合构建柔性太阳能电池，从而可以充分利用弯曲载体的表面空间。目前，柔性钙钛矿太阳能电池的转换效率已达到20%，这也表明钙钛矿太阳能电池在柔性技术领域的应用潜力巨大。再者，高能质比优势。对于飞行器等载荷能力有限制的飞行载体，能源装置需要具有较高的能质比。钙钛矿太阳能电池是一类新型的薄膜太阳能电池，自身质量较轻，单位质量所产生的能量较高，尤其是柔性钙钛矿太阳能电池，已有的研究表明，其具有其他种类太阳能电池所无法达到的超高能质比，这也是该类太阳能电池最大的特色。

    近期，北京大学物理学院“极端光学创新研究团队”与中科院光电研究院、西北工业大学等单位合作，率先开展了钙钛矿太阳能电池在临近空间的稳定性研究，迈出了钙钛矿太阳能电池在临近空间飞行器上应用探索的第一步。

    2018年8月，科研工作者在我国内蒙古地区进行高空科学气球试验，通过将钙钛矿太阳能电池负载在高空气球上，研究器件在距地面35 公里的临近空间极端环境下的稳定性情况。最终获得AM0辐照下，器件维持其初始效率95%以上的稳定性数据。该项研究获得国家973计划的资助，相关成果发表在Science China-Physics, Mechanics & Astronomy（《中国科学：物理学 力学天文学》英文版）上，并被选作2019年第7期的封面文章。

    该项研究率先提出将钙钛矿太阳能电池应用于临近空间飞行器上，利用钙钛矿太阳能电池低成本、可柔性制备以及高能质比的优势，推动临近空间飞行器能源装置优化革新，为临近空间飞行器能源系统的进一步转型升级提供了一种可行的方案。

    后续，相关研究人员将继续推进“钙钛矿光伏+临近空间应用”的研究，期望将新型钙钛矿光伏技术集成于临近空间浮空器、高空无人机等临近空间飞行器上，探索更加高效可靠的供能系统，助力我国对“临近空间”的开发。

    （黄维，国家重大科学研究计划首席科学家，中科院院士，西北工业大学常务副校长；朱瑞，北京大学物理学院研究员；涂用广，西北工业大学柔性电子研究院副教授）