1. Informations de base sur le produit
• Nom du produit : Module photovoltaïque pérovskite spatial / Aile solaire
• Matériau de base : cristal de pérovskite de type ABX₃ (généralement à base de MA/FA PbI₃, extensible aux systèmes entièrement inorganiques et à base d'étain)
• Forme du produit : Module flexible ultra-mince (épaisseur du substrat : 10-50 µm), module à puce rigide, module tandem tout pérovskite/pérovskite-silicium
• Scénarios d'application : constellations de satellites en orbite terrestre basse (LEO), sondes spatiales lointaines, bases lunaires/martiennes, centres de calcul spatial, réseaux spatiaux déployables
• Positionnement stratégique : Une solution énergétique spatiale ultra-légère, à haut rendement, résistante aux radiations et à faible coût, adaptée au déploiement à grande échelle dans le secteur aérospatial commercial.
2. Paramètres techniques principaux
Catégorie | Indicateurs clés | Points saillants de la performance |
Performances de production d'énergie | Rendement de conversion à jonction unique (AM0) | ≥ 25,5 % (laboratoire) ; Rendement en tandem ≥ 45 % (théorique) |
Performances de production d'énergie | Puissance spécifique | 20-50 W/g (variable) ; plus de 80 fois celle de l'arséniure de gallium |
Performances de production d'énergie | Réponse en faible luminosité | Production d'énergie efficace dans les zones ombragées/environnements peu éclairés, comblant le déficit d'approvisionnement en électricité |
Adaptabilité environnementale | Plage de tolérance à la température | Fonctionnement stable de -180℃ à 150℃ |
Adaptabilité environnementale | résistance aux radiations | Atténuation de l'efficacité ≤ 10 % sous 10¹² protons/cm² ; avec des caractéristiques d'auto-réparation par irradiation |
Adaptabilité environnementale | Protection contre l'oxygène atomique/le vide | Emballage composite graphène/métal, conforme au test de dégazage ASTM (composés volatils < 0,1 %) |
Performances mécaniques | Rayon de courbure flexible | Flexion répétée de ±120 μm, adaptée au déploiement sur surface courbe de satellites |
Performances mécaniques | Densité surfacique | ≤200 g/m² (bien inférieur à celui de l'arséniure de gallium/silicium) |
rapport coût-efficacité | Coût par unité d'énergie | Environ 1,63 RMB/W, soit 1/5 à 1/20 de l'arséniure de gallium |
rapport coût-efficacité | Optimisation des coûts de lancement d'un seul satellite | Réduction du poids de plus de 50 %, coût de lancement d'un satellite unique réduit de plusieurs millions de dollars américains |
3. Principaux avantages
3.1 Ultra-léger, réduisant les coûts de lancement
La puissance spécifique atteint 20 à 50 W/g, soit 10 à 60 fois celle de l'arséniure de gallium et 13 fois celle du silicium ; à puissance égale, le poids du module est réduit de plus de 90 % par rapport au schéma traditionnel, ce qui réduit considérablement la charge du satellite et le coût de lancement.
3.2 Production d'énergie à haut rendement, adaptée aux besoins énergétiques spatiaux
L'efficacité du tandem est proche de 50 % (théorique) et l'efficacité de la jonction unique dépasse 25 %, répondant ainsi aux besoins d'alimentation en énergie haute puissance dans l'espace ; elle présente une excellente réponse en faible luminosité et peut fournir une alimentation continue dans les zones d'ombre des satellites et les environnements à faible luminosité de l'espace profond.
3.3 Adaptabilité environnementale exceptionnelle, garantissant la vie en orbite
Le vide spatial et l'absence d'oxygène permettent d'éviter les problèmes d'atténuation au sol ; la résistance aux radiations est bien supérieure à celle des batteries traditionnelles, avec une atténuation d'efficacité de seulement 10 % sous 10¹² protons/cm², et il existe un effet d'auto-réparation aux radiations ; une large plage de températures de tolérance et une adaptation flexible permettent son déploiement sur les surfaces courbes des satellites et les structures déployables.
3.4 Production de masse à faible coût, adaptation à l'aérospatiale commerciale
Le coût des matières premières ne représente que 1/100 de celui de l'arséniure de gallium ; les procédés de revêtement par centrifugation en solution et d'impression à jet d'encre permettent une production de masse à l'échelle du GW avec un taux de rendement supérieur à 92 % ; aucun verre ni cadre n'est nécessaire, et les coûts de fabrication et de déploiement sont nettement inférieurs à ceux des systèmes photovoltaïques spatiaux traditionnels.
4. Spécifications techniques et points de conception
4.1 Conception des matériaux et des structures
• Sélection du substrat : Les modules flexibles adoptent un substrat en polyimide (PI) de 5 à 10 μm d'épaisseur uniforme, adapté aux exigences de flexion flexible ; Les modules rigides sont compatibles avec un substrat en quartz (perte de transmission de la lumière réduite à 5 %).
• Schéma tandem : tandem tout pérovskite/tandem pérovskite-silicium pour améliorer l'efficacité de conversion et la stabilité de la résistance aux radiations.
• Technologie d'emballage : revêtement nano Al₂O₃/SiO₂ par dépôt de couches atomiques (ALD) + film polymère flexible, permettant une triple protection : barrière contre le vide, résistance aux radiations et résistance à l'oxygène atomique.
4.2 Conception d'adaptation à l'environnement spatial
• Stabilité thermomécanique : La couche tampon à gradient (oxyde de nickel, etc.) atténue le décalage du coefficient de dilatation thermique, et le taux de rétention d'efficacité est ≥95 % après 800 cycles thermiques extrêmes.
• Optimisation de la résistance aux radiations : L’hétérostructure entièrement inorganique/2D-3D élimine le risque de décomposition des composants organiques et améliore la tolérance aux radiations grâce à une technologie de passivation des défauts.
• Protection sous vide : Le système d'emballage ultra-mince atteint un taux de transmission de vapeur d'eau (WVTR) <10 g/m²·jour, répondant aux exigences de dégazage sous vide spatial et de stabilité des composants.
5. Scénarios d'application et schémas d'adaptation
Scénarios d'application | Forme de produit recommandée | Valeur fondamentale |
Constellations de satellites en orbite terrestre basse (LEO) | Modules tandem flexibles/rigides | Léger et économique, adapté au déploiement par lots à grande échelle |
Exploration spatiale lointaine (Lune/Mars) | Modules rigides entièrement inorganiques | Résistance aux radiations et large plage de températures, assurant l'alimentation électrique dans des environnements extrêmes |
Centres de calcul spatial | Modules flexibles ultra-minces | Puissance spécifique élevée, adaptée à la distribution spatiale de l'énergie. |
Réseaux spatiaux déployables | Modules de bobinage flexibles | Rapport pliage/rangement élevé, adapté aux structures spatiales de grande envergure |
6. Essais et certification
6.1 Éléments de test principaux
• Test de simulation environnementale : cycle thermique extrême (-180℃~150℃), irradiation protonique/électronique (10¹²~10¹⁶ cm⁻²), corrosion par l'oxygène atomique, test de dégazage sous vide.
• Test de performance mécanique : vibrations et impacts (conditions de lancement de fusée), fatigue par flexion répétée, vérification de l’adaptabilité aux surfaces courbes.
• Test d'atténuation des performances : surveillance de l'atténuation de puissance équivalente à celle en orbite sur 1 à 3 ans, nécessitant un taux d'atténuation annuel < 2 %.
6.2 Normes de conformité
Conforme aux normes aérospatiales internationales telles que ESA ECSS-E-ST-20-08C, AIAA et JAXA, et réussit la vérification de simulation au sol en trois dimensions pour répondre aux exigences de haute fiabilité de l'aérospatiale commerciale.
7. Spécifications d'installation et de déploiement
7.1 Exigences d'installation
• Méthode de fixation : Les modules flexibles conviennent au collage sur les surfaces courbes des satellites/aux boucles mécaniques ; Les modules rigides adoptent des interfaces standard pour les ailes solaires des satellites, compatibles avec les architectures de déploiement existantes.
• Conception du câblage : Des barres omnibus légères et flexibles réduisent le poids du câblage ; des circuits redondants sont prévus pour améliorer la fiabilité du système.
7.2 Processus de déploiement
1. Phase de lancement : Pliée/enroulée pour le stockage, s’adaptant à l’espace de la coiffe de la fusée ;
2. Entrée en orbite et déploiement : déployés par entraînement mécanique, les modules flexibles s’aplatissent automatiquement et les modules rigides se déverrouillent et se déploient ;
3. Mise en service initiale : alignement complet de l’éclairage, étalonnage de la puissance de sortie et collecte des données environnementales.
8. Sécurité et protection
8.1 Précautions de sécurité
• La production/l'assemblage doit être conforme aux spécifications de fonctionnement des matériaux électroniques afin d'éviter tout contact avec des composants en plomb/halogènes ;
• Des tests de dégazage sous vide et de dissipation électrostatique doivent être effectués avant le déploiement spatial afin d'éviter la contamination des composants sensibles du vaisseau spatial.
8.2 Durée de vie et entretien
• Durée de vie théorique en orbite : 10 à 15 ans (système entièrement inorganique) ;
• Maintenance au sol : aucune maintenance régulière n’est requise ; l’atténuation des performances en orbite est surveillée par des données de télémétrie et la commutation des composants redondants est déclenchée en cas d’anomalies.
9. Emballage, stockage et transport
• Emballage : Emballage sous vide antistatique et étanche à l'humidité avec matériaux de protection intégrés pour éviter les pliages/collisions pendant le transport ;
• Conditions de stockage et de transport : Stocker à température ambiante et dans un endroit sec, à l’abri de la lumière directe intense et de l’humidité ; les modules flexibles sont stockés enroulés, aucune pression excessive n’est autorisée.
10. Notes
1. Pour un fonctionnement en orbite à long terme, l'atténuation de la puissance doit être surveillée régulièrement et un plan de remplacement doit être déclenché lorsque le taux d'atténuation dépasse 30 % ;
2. Dans les environnements de rayonnement extrême, il est possible d'utiliser du verre/film protecteur résistant aux radiations de qualité aérospatiale pour améliorer encore la stabilité ;
3. Le choix des modules doit correspondre à la charge du vaisseau spatial, à l'environnement orbital et aux besoins en énergie, et proposer des solutions personnalisées pour s'adapter aux différents scénarios de mission.
