研究团队将钙钛矿太阳能电池通过超声喷涂工艺直接制备于碳纤维增强树脂（CFRP）基板之上，包括曲面、穹顶形等复杂三维表面，创造出兼具结构承载与发电能力的复合材料构件。平面基板器件稳态光电转换效率达14.0%，比功率高达26.0瓦每克，为移动能源、无人机翼面、电动汽车车身及物联网设备开辟了“结构即电源”的新路径。
结构材料与能源功能融合。碳纤维增强树脂兼具高强度、高刚度与低重量，是航空航天、汽车、医疗等行业的主流结构材料；钙钛矿太阳能电池则以高效率、轻量柔性见长。将两者集成，使承载结构同时具备发电功能，可在不额外增加电源模块重量的前提下为设备供电，对重量敏感的移动与便携场景价值尤为突出。这一思路把传统“结构归结构、能源归能源”的分离设计，推进到结构功能一体化的新阶段。
编织基板与超声喷涂共形涂覆。团队此前曾在单向CFRP基板上以旋涂工艺制备电池，但单向材料各向异性热膨胀会在钙钛矿退火阶段损伤底部氧化铟锡电极，需额外设置防裂中间层。本研究改用编织CFRP基板，获得热稳健表面，消除了中间层，既减轻器件重量又改善了底部电极形貌。在沉积方法上选用超声喷涂，而非狭缝模、刮刀或喷墨等高吞吐工艺，原因是超声喷涂不依赖维持弯月面或涂头与基板的近距离贴合，能够共形涂覆复合曲面、三维表面，这是其他技术难以企及的。
效率与比功率数据亮眼。性能测试显示，平面CFRP基板器件稳态光电转换效率达14.0%，对应比功率26.0瓦每克；穹顶曲面基板最高效率12.3%（稳态12.0%），比功率22.8瓦每克。机械耐久性同样优异：器件在经历25次50牛顿载荷循环后，仍保持100%的初始效率，是首个能够承受可观机械载荷的曲面刚性CFRP钙钛矿太阳能电池，证明了其作为承载结构同时发电的可行性。
移动能源与放疗设备应用潜力。在移动能源场景中，器件效率与重量同样关键——电动汽车车身面板、无人机翼面、物联网设备均可借助此类结构发电构件就近供电。由于CFRP对X射线透明，研究团队还指向放疗设备的新应用：将钙钛矿X射线探测器集成于曲面机架壁，有望提升成像分辨率，优于现有的旋转平板探测器方案，为医疗影像设备提供材料级创新空间。
直接制备优于柔性层压方案。对比而言，柔性钙钛矿电池在超薄聚合物基板上曾报道更高比功率（此前可达约50瓦每克），但这类薄膜必须层压到宿主表面，且只能包裹单曲率几何体。直接在承载CFRP基板上制备完整器件堆叠，避免了层压与封装层带来的附加重量，并能覆盖柔层无法贴合的复合曲面，使发电结构在形状自由度与减重两方面同时获益。
破解结构与能源分离设计痛点。传统复合材料结构件仅承担承载功能，能源供给需依赖额外电池模块，增加了系统重量与体积；而柔性光伏薄膜又受限于单曲率贴合与层压增重。在承载基板上直接生长发电器件，既保留了CFRP的力学优势，又赋予其能源属性，从根本上缓解了“结构重、能源更重”的矛盾，为轻量化移动平台提供了系统级解法。
从效率到工程化跃迁。14%的效率与26瓦每克的比功率，已使结构发电复合材料具备工程化吸引力。随着钙钛矿器件长期稳定性的提升与大面积超声喷涂工艺的成熟，发电型碳纤维结构件有望率先在对重量极致敏感的无人机与便携设备上落地，继而向电动汽车、低空飞行器等更大规模场景拓展，推动移动能源从“加装电池”的传统模式转向“结构即电源”的范式变革。
方法学的可拓展性。这一在承载基板上直接制备功能器件的方法学并不局限于光伏发电。超声喷涂对复合曲面的共形适配能力，意味着同样的工艺路线可推广至柔性传感器、储能器件乃至天线单元在复合材料结构上的集成，使碳纤维复合材料从单一承载构件升级为承载、感知、能源、通信一体化的多功能平台。随着工艺成熟与成本下降，多功能复合材料有望成为移动装备轻量化与智能化的共同载体，为下一代结构功能一体化材料提供通用技术底座。
将钙钛矿光伏器件直接“生长”于碳纤维复合材料承载基板之上，标志着结构材料与能源功能深度融合的新方向。14%的效率与26瓦每克的比功率证明，未来飞行器翼面、汽车车身可同时作为结构与电源。更多复合材料前沿动态，尽在复材云集。
