(一)太空光伏产业链全景图

太空光伏产业链由上、中、下三个关键环节构成。上游负责硅料提纯和硅片制造，为产业提供基础材料；中游的核心是将硅片加工成光伏电池，并封装成可独立发电的组件；下游则聚焦于应用端，包括电站系统的设计、建设、并网以及长期的运营维护，最终实现太阳能向电能的转化与利用。

(二)太空光伏行业概述

太空光伏是指在地球大气层以外的空间（如地球轨道、月球或深空）部署太阳能发电系统，将捕获的太阳能转化为电能，并通过无线传输技术（如微波或激光）传回地球或太空用户的一种能源解决方案。与地面光伏相比，太空光伏的运行环境更为严苛，例如极端低温、强辐射等，并且太空光伏极高的技术复杂度、远超地面光伏的初级建设与维护成本。因此对电池组件材料的性能提出了更高要求。

表：太空光伏与地面光伏相比，核心优势明显

在太空中，太阳能凭借其近乎无限的供给与高度的可靠性，成为了航天器实现长期、高效、稳定运行的首选能源。而将光能转化为电能的太阳能电池阵（即太阳翼），正是这一能源系统的核心，其作用犹如地面发电厂的发电机，为整个飞行器注入生命之源。

电源分系统作为航天器的“心脏”，不仅持续为所有仪器设备供能，更直接决定着任务的生命周期与可靠性。无论是卫星的姿态控制、轨道维持，还是数据收发、科学载荷运转，都离不开这颗“心脏”的强劲搏动。如今，从近地轨道卫星到深空探测器，从空间站到临近空间飞行器，太阳能供电系统已成为现代航天器不可或缺的组成部分，支撑着人类对宇宙的不断探索。

在独特的太空环境中，由于太阳辐射稳定、能量密度高且获取便捷，光伏发电已成为航天器最主要且经过长期验证的能量来源。尽管航天能源技术谱系丰富，涵盖了一次性化学电池、放射性同位素热/电源以及燃料电池等多种方案，但目前“太阳电池阵-蓄电池组联合电源系统”凭借其卓越的可靠性、成熟的技术与经济性，仍是绝大多数在轨卫星及临近空间飞行器的标准配置。

这套系统的稳定运行，主要依赖于太阳翼、锂离子电池组以及电源控制设备这三大核心部件的协同工作：

太阳翼作为航天器的核心供能单元，其发展正朝着更高侠侣、更强环境适应性、更优综合性能的方向演进，目前，柔性太阳翼已经成为这个技术演进的主流方向。

太阳翼按照基板主要可以分为刚性太阳翼、半刚性太阳翼和柔性太阳翼三种类型，刚性太阳翼虽然结构坚固、技术成熟、可靠性高、热变形可控，但是重量大、收纳体积大（展开面积与收纳比低）、发射成本高。目前主要应用于国际空间站的大型桁架式太阳翼、哈勃空间望远镜的太阳翼、多数传统中型卫星。柔性太阳翼采用柔性薄膜（如聚酰亚胺）作为基板或直接使用柔性太阳能电池（如薄膜砷化镓），附着在可折叠、可卷曲的柔性支撑结构上，质量比功率和收拢体积比功率优势显著。

(三)太空光伏产业链上游

太空光伏上游材料主要包括电池材料和结构材料。

1.砷化镓电池

太空场景太阳辐射较为充足，光伏是优选的电源方案。

基于砷化镓的多结太阳能电池是当前空间能源领域的核心技术。以广泛应用的三结砷化镓电池为例，其在轨光电转换效率已突破30%（AM0标准）。进一步通过外延剥离工艺制备的反向生长四结砷化镓电池，效率更是达到35%（AM0），代表了当前太空光伏技术的最高水平。

然而，该类电池也存在明显局限：其结构刚性较强、厚度较大（约80-200微米），且重量偏高。例如传统铟镓磷/砷化镓/锗三结电池的比功率通常在0.4-0.8 W/g范围内。虽然通过优化金属接触设计，铟镓磷/砷化镓/铟镓砷结构的比功率可提升至约3.8 W/g，但受制于关键材料的稀缺性以及复杂精细的制造工艺，其生产成本始终居高不下，成为大规模应用的主要制约因素。

图：根据任务寿命及功率选取空间电源

图：全球砷化镓太阳能电池市场规模（百万美元）

由于砷化镓电池成本较高，目前行业正积极探索多种降本路径。

1) 外延剥离衬底再利用

 - 通过剥离外延片并回收平整衬底，实现衬底重复使用  

 - 衬底占砷化镓太阳能电池成本约1/3，复用可摊薄单次成本

2) 低成本衬底替代方案  

 - 采用低成本硅衬底替代砷化镓衬底，结合缓冲层实现外延生长  

 - 使用低纯度砷化镓衬底材料，在保持性能同时降低原料成本

图：砷化镓太阳能电池降本路线

砷化镓凭借卓越的抗辐射性与高温稳定性，在极端太空环境中表现优异，如同专为高端长寿命航天任务打造的特种材料，其性能优势足以支撑较高的成本投入。

然而，在面对需要大规模部署的卫星星座计划时，砷化镓的成本压力与产能限制也日益凸显，这为钙钛矿等更具成本效益的光伏技术创造了潜在的切入空间。

砷化镓电池是目前航天领域应用最广泛的核心能源技术之一。无论是国际空间站，还是我国的天宫空间站，均使用三结砷化镓太阳能电池作为主要电力来源，其光电转换效率稳定在28%至30%，已在长期运行中证明了出色的可靠性。

在全球范围内，包括美国SpaceX、欧洲空间局等航天机构与企业，也普遍将其用于各类卫星星座和遥感任务中。无论是低轨道通信卫星，还是高轨道遥感平台，砷化镓电池均展现出良好的适应性与稳定表现，进一步巩固了其在航天能源系统中的关键地位。

2.钙钛矿电池

钙钛矿太阳电池是一种利用具有钙钛矿晶体结构的半导体材料（通常为有机-无机杂化材料）作为光吸收层的新型光伏技术。这种材料可通过溶液法或气相沉积等工艺制备，具备高效率、低成本、可柔性制备等突出潜力。

图：钙钛矿太阳电池的基本结构

图：钙钛矿太阳电池的工作原理

钙钛矿电池凭借其显著优势，有望成为我国卫星太阳翼下一代主流技术

核心优势

1) 成本低：材料成本低；太空应用可省去TCO玻璃等高价值环节；采用小面积拼装方案，降低对昂贵大型镀膜设备的依赖。

2) 高比功率：比功率高达23W/g，约为砷化镓的6倍以上，可显著减轻太阳翼重量、缩小面积，为卫星释放更多有效载荷空间。

3) 高柔性：电池与衬底均具延展性，更适配卫星太阳翼曲面结构；柔性设计可突破刚性方案功率极限，通过更大展开面积提升发电能力；同时具备弱光性好、自修复等附加优势。

应用现状

目前商业航天用钙钛矿技术已进入在轨验证阶段，并取得初步稳定性验证。例如：

- 天雁24星（2024年11月发射）搭载的钙钛矿电池在轨运行稳定。

- 钧天一号03卫星搭载的钙钛矿电池已完成超过一年在轨试运行，表现正常。

基于上述优势及在轨验证进展，钙钛矿电池后续有望在我国航天领域实现规模化导入与应用。

图：不同电池片材料比功率（W/g）

图：钙钛矿太阳能电池优缺点

钙钛矿技术实现了在极致成本控制与光电效率提升上的双重突破。其制备工艺从根本上区别于传统的晶硅与砷化镓电池，采用低温涂布印刷技术（仅需约150℃），整个生产过程可在单一工厂内集成完成，显著降低了设备投资与生产复杂度；同时，该技术原材料来源广泛、成本低廉，且材料配方具备高度可调性，展现出数量级级别的降本潜力。

表：砷化镓电池与钙钛矿电池性能对比

总的来说，钙钛矿电池凭借其轻量化、高比功率、低成本和不断提升的稳定性等优势，展现出成为未来太空能源系统理想解决方案的巨大潜力。然而，当前仍面临从地面到太空应用的关键挑战：电池必须能适应太空极端环境，包括剧烈的高低温循环、高强度粒子辐照、持续紫外照射以及原子氧侵蚀等严苛条件。这些挑战对其材料耐久性、结构设计和封装技术提出了远高于地面应用的技术要求。

3.电子元器件

电子元器件是航天系统实现信号处理与能量传输的核心组成部分，主要包括抗辐照芯片、功率放大器等关键环节。

在抗辐照芯片方面，我国已形成较完整的技术与产业布局。中科院微电子所长期开展抗辐照SOI（绝缘体上硅）技术的攻关，推动了该工艺从设计到应用的系统性发展。产业层面，多家企业已实现产品化布局：

- 航天电子依托航天科技集团背景，具备宇航级抗辐照芯片的研制与配套能力；

- 航天智装在星载计算与控制类芯片领域积累深厚；

- 航宇微专注于高性能、高可靠航天微电子器件；

- 复旦微电子则在存储、FPGA等特种芯片方向具有技术优势。

在功率放大器方面，主要用于卫星通信、数传等微波信号传输环节，对发射功率、效率和可靠性要求极高。国内代表性企业包括：

- 盛路通信长期从事空间行波管、固态功放等产品的研发；

- 拓博科技专注于高性能微波毫米波器件，在星载功放领域持续投入。

值得关注的是，随着低轨卫星星座、深空探测等任务对器件性能、集成度和可靠性提出更高要求，抗辐照芯片正向更高集成度、更低功耗、自适应抗辐照方向发展；功率放大器则朝着宽频带、高效率、数字化可重构等技术路线演进。未来，这两类元器件与整机系统的协同设计、以及基于新材料（如氮化镓）和新工艺的融合创新，将成为提升航天电子系统综合性能的关键路径。

(四)太空光伏产业链中游

太阳翼，作为卫星在轨持续运行的“能量之心”，其性能直接决定了卫星平台与有效载荷的生命周期与任务能力。当前，全球航天器的主流能源架构（约占95%）均采用“太阳电池阵-蓄电池组”联合供电方案。在这一系统中，太阳翼采用精巧的折叠设计以适应发射阶段的空间约束，待卫星入轨后自动展开，并通过精确的姿态控制持续指向太阳，以实现对太阳能的最大化捕获与转化。

图：太阳翼结构

太阳翼通常由基板结构、光伏电池阵和展开与锁定机构三大部分构成。其能量转化基于光伏效应：太阳光照射在电池片上，光子能量激发半导体材料产生电子-空穴对；在内建电场作用下，载流子定向移动形成电流，输出为直流电能；电流通过汇流网络整合后，由电源管理单元（EPS）进行调控与分配，为卫星各系统供电。

从成本结构看，太阳翼在卫星整体造价中约占 12%至24%的份额。作为卫星能源系统（约占整星成本的20%-30%）中最核心的发电部分，太阳翼占该子系统价值的60%-80%。能源系统的其余成本主要分布于：空间蓄电池（约占10%-20%）和电源控制器（约占10%-20%）。

1. 柔性太阳翼正成为未来

柔性太阳翼分为手风琴式、扇形展开式、卷绕展开式，三种柔性太阳翼主要区别与应用案例如下表：

传统刚性太阳翼的发电能力正逐渐接近其物理结构带来的理论极限。相比之下，柔性太阳翼因其材料的可卷曲折叠特性，能够在与前者相同的发射收纳空间内，展开成为面积更大的发电阵列，从而显著提升整星的电力输出水平。因此，卫星太阳翼的技术路线正呈现出从刚性向柔性发展的明确趋势。这一转型尤其契合对能源需求极高的新一代大型卫星平台，以及通过“一箭多星”实现高密度部署的卫星星座任务。

表：刚性与柔性太阳翼功率比较

2.市场规模

柔性太阳翼的全球市场规模正处于持续增长之中。据Market Intelo的报告数据，2024年该市场规模约为11.2亿美元，并预计将以年复合增长率16.4%的速度持续扩大，到2033年有望达到43.6亿美元。驱动这一增长的核心动力主要来源于材料技术的持续革新、全球卫星发射数量的显著上升，以及各类航天任务对电源系统在轻量化和高效能方面日益提升的严格要求。

从地域发展格局来看，北美地区凭借其完备的商业航天生态和强劲的政府采购需求，目前占据市场主导地位。亚太地区则在中国、日本、印度等国家的积极推动下，展现出最为迅速的增长势头。欧洲市场则依托其稳定的政策支持与国际协作网络，保持着稳健的发展步伐。

图：全球航天用柔性太阳翼市场规模（亿美元）

(五)太空光伏产业链下游

SpaceX近年持续加快发射节奏并大幅提升卫星部署规模，其终极星座目标为4.2万颗卫星。2019年至2025年间，该公司火箭发射频率显著递增，每年送入轨道的Starlink卫星数量从最初的120颗迅速提升至2654颗。截至2025年12月，已累计在轨部署超过9000颗卫星，约占全球在轨卫星总数的60%。为实现全球低轨通信网络的全覆盖目标，SpaceX计划依托星舰（Starship）等新一代大运力航天器进一步加速发射进程，最终完成总数达4.2万颗的卫星星座部署。

图：SpaceX历年卫星发射情况表以及未来部署规划

图：2025年各国卫星部署占比（spacex为全球占比）

表：其他海外市场星座计划卫星部署情况

遵循国际电信联盟“先登先占”的轨道与频率资源分配规则，全球范围内对低地球轨道资源的争夺正不断加剧。在此背景下，商业航天领域预计将迎来新一轮高速发展周期。以SpaceX的“星链”计划为例，其最终部署目标已规划至4.2万颗卫星，近期更获准新增部署7500颗第二代卫星。

与此同时，我国在低轨卫星网络建设方面的步伐也在同步加快。2025年12月，国内相关机构已向国际电信联盟集中提交了涉及约20.3万颗卫星的频率与轨道使用申请。这一举措不仅展现了我国在低轨太空资源布局上的系统规划，也进一步印证了全球卫星互联网竞争已进入规模化部署的关键阶段。

表：中国 20 万颗新增卫星申请

(六)前景展望

未来太空光伏的技术路线是新旧并行，柔性化与材料创新成突破关键，刚性太阳翼仍主导高可靠任务（如深空探测），但功率与重量已接近瓶颈；柔性太阳翼因适应多星发射、可展开面积大，成为星座项目的首选。市场需求方面低轨星座主导增长，应用场景持续拓宽，Starlink等巨型星座是当前最大驱动力，推动太空光伏需求从“定制化”走向“规模化、低成本化”。产业生态自主化竞赛加剧，中国加速全链突破，在柔性基板（如复旦微电子抗辐照芯片）、钙钛矿技术（已开展在轨试验）、电源控制器等环节推进国产替代。同时未来还会面临经济性、环境与政策不确定性并存的风险与挑战，因此降本仍是商业化核心，钙钛矿等新技术需克服空间环境下的衰减问题，实现从“实验室效率”到“轨道长寿命”的跨越。数万颗卫星的部署引发对太空碎片和轨道拥堵的担忧，可降解光伏材料、在轨维护技术成为新研究方向。  

太空光伏行业正处在规模化爆发前夜，技术路线从“单一主导”走向“多元共生”，市场需求从“国家任务驱动”扩展至“商业星座主导”。短期看，柔性太阳翼与钙钛矿技术将重塑产业格局；长期看，太空能源系统的智能化、可持续化将成为竞争新高地。