在卫星与航天器电源系统中，柔性砷化镓太阳能电池凭借其出色的光电转换效率和耐辐射性能，成为不可或缺的核心组件。然而，作为承载电池的基底材料，需同时满足轻量化与高强度的严苛要求——既要通过减重降低发射成本，又要具备足够强度抵御力学冲击。这一矛盾长期制约着空间光伏技术的发展，成为亟待突破的关键瓶颈。
针对这一挑战，由多所高校与科研机构组成的联合团队在材料创新领域取得突破性进展。研究团队通过在碳纳米管表面原位生长共价有机框架（COF）壳层，开发出一种兼具轻质与高强特性的新型复合薄膜。该材料以多壁碳纳米管（MWCNT）为刚性骨架，通过共价键与聚酰亚胺（PI）基体形成化学连接，同时构建三维互联多孔结构，成功实现密度降低与力学性能提升的双重目标。实验数据显示，6微米厚的复合薄膜密度仅0.73 g/cm³，较传统PI薄膜降低45.1%，而拉伸强度达97.53 MPa、杨氏模量1.53 GPa，分别提升35.4%和109%。
传统增强策略多采用物理共混方式引入碳纳米管填料，但面临团聚、界面结合弱、三维网络难以构建等难题。研究团队提出的"共价锚定+网络构筑"策略，通过溶剂热合成路线在羧基化碳纳米管表面生长PI基COF壳层，从分子层面解决了上述问题。多维度表征证实，COF壳层与基体形成强化学键，断裂时裂纹主要扩展于基体而非界面，表明载荷传递效率显著提升。高斯计算进一步揭示，MWCNT的引入扩展了共轭体系，缩小HOMO-LUMO能隙，有利于电子离域与界面稳定。
基于该超薄基底制备的柔性砷化镓太阳能电池展现出卓越性能：双结器件比功率达8998 W/kg，三结器件达7749 W/kg，外量子效率在300-1200 nm波长范围内超过90%。在10 mm弯曲半径下循环弯折2000次后，性能衰减极小，证明其具备优异的机械柔性与耐久性。复合薄膜的疏水性显著增强（接触角>80°），500°C以下热稳定性优异，全面满足空间应用对环境适应性的严苛要求。这项研究为开发下一代高比功率空间光伏系统提供了创新解决方案，相关成果发表于中科院一区TOP期刊《纳微快报》（影响因子38.5）。
该突破得益于多学科交叉融合与产学研协同创新，研究工作获得国家自然科学基金、河南省青年科学基金、上海市自然科学基金等多项资助。通过构建"共价锚定"增强体系，团队不仅破解了轻质与高强的矛盾，更为先进复合材料设计提供了新范式，有望推动空间能源技术向更高功率密度方向发展。
