GaAs太陽能電池的簡述,主要特點(diǎn)及主要應(yīng)用及市場(chǎng)情況

砷化鎵（GaAs）材料在無線通信、光傳輸、消費(fèi)電子（如3D人臉識(shí)別）和太陽能電池等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。前幾期已經(jīng)介紹過砷化鎵在射頻領(lǐng)域的相關(guān)情況，本期1°姐將為大家繼續(xù)介紹GaAs太陽能電池產(chǎn)業(yè)鏈的具體情況。

太陽能電池的簡述

太陽能電池是利用光伏效應(yīng)將太陽能通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿囊环N器件（光能轉(zhuǎn)化為電能）。以商業(yè)化的太陽能電池主要有晶體硅太陽能電池（包括單晶硅和多晶硅兩種）、半導(dǎo)體化合物太陽能電池（以砷化鎵太陽能電池為主）兩大類。

這兩大類太陽能電池中，晶體硅太陽能電池廣泛應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域，目前占據(jù)絕大部分的市場(chǎng)份額；而砷化鎵太陽能電池是新能源、新材料的典型代表之一。雖然光電轉(zhuǎn)換效率高于前兩者，目前國際上已實(shí)現(xiàn)的最高光電轉(zhuǎn)換率達(dá)46%；但砷化鎵技術(shù)難度和成本也都更大，難以滿足大規(guī)模的生產(chǎn)需求。因此砷化鎵目前的主要應(yīng)用集中在空間飛行器電源和其他高端用途，在地面發(fā)電系統(tǒng)中逐步有少量的應(yīng)用。

太陽能電池產(chǎn)業(yè)鏈

太陽能電池產(chǎn)業(yè)鏈一般包括電池原材料、太陽能電池外延片、太陽能電池芯片、太陽能電池組件和太陽能電站5個(gè)主要環(huán)節(jié)。

砷化鎵太陽能電池主要特點(diǎn)

砷化鎵較硅質(zhì)在物理性質(zhì)上要更脆，這一點(diǎn)使得其加工時(shí)比容易碎裂，所以，常把其制成薄膜，并使用襯底（常為Ge[鍺]），來對(duì)抗其在這一方面的不利，但是也增加了技術(shù)的復(fù)雜度。

相對(duì)于其他類型太陽能電池，砷化鎵太陽能電池的工藝較為復(fù)雜，尤其是多結(jié)砷化鎵電池，三結(jié)砷化鎵太陽能電池有三個(gè)P-N結(jié)，一般需要生長近30層外延，外延結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、每一層外延生長質(zhì)量都直接影響整個(gè)砷化鎵太陽能電池的性能。因而，砷化鎵太陽能電池行業(yè)具有一定的技術(shù)壁壘。下圖為砷化鎵太陽能電池的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比一覽表。

砷化鎵太陽能電池主要應(yīng)用及市場(chǎng)情況

從具體的應(yīng)用角度來看，由于GaAs太陽能電池制備成本較高，因此目前主要還是應(yīng)用在宇宙空間探測(cè)利用（主要做太陽能電池帆板）等方面，在地面使用較少（主要做高溫聚光太陽能電池）。

聚光光伏電站（CPV）是地面用砷化鎵太陽能電池的主要應(yīng)用領(lǐng)域。聚光光伏發(fā)電是指采用聚光的方式把一定面積上的太陽光通過聚光系統(tǒng)會(huì)聚在一個(gè)狹小的區(qū)域，匯聚后的太陽光通過太陽能電池，利用半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)直接轉(zhuǎn)換為電能。如果聚光倍數(shù)在幾倍至幾十倍，成為低倍聚光，如果聚光倍數(shù)超過一百倍，通常稱為高倍聚光。砷化鎵可以承受1000倍光強(qiáng)，是目前聚光光伏的常用材料。

隨著技術(shù)和成本降低，聚光光伏電站裝機(jī)量呈現(xiàn)加速發(fā)展態(tài)勢(shì)。根據(jù)HIS統(tǒng)計(jì)，2015年全球CPV累計(jì)裝機(jī)量為254MV，預(yù)計(jì)2020年有望達(dá)到1362MW, CAGR為39.91%，顯著高于光伏電站整體增速。下圖為2015年全球CPV累計(jì)裝機(jī)市場(chǎng)情況分布。

目前美國是實(shí)現(xiàn)砷化鎵薄膜太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率最高的國家，也是最大生產(chǎn)基地，其空間和地面聚光用砷化鎵太陽能電池的實(shí)際產(chǎn)量約占全球50%，技術(shù)上處于全球領(lǐng)先地位，Emcore公司和SpectroLab公司（波音公司下屬的光伏實(shí)驗(yàn)室）是全球最主要的砷化鎵薄膜太陽能電池制造商。

現(xiàn)階段我國的砷化鎵太陽能電池的應(yīng)用領(lǐng)域也仍以空間應(yīng)用為主，我國發(fā)射的衛(wèi)星上使用的太陽能電池完全由自己生產(chǎn)。在國內(nèi)航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的帶動(dòng)下，我國在空間用砷化鎵太陽能電池的研發(fā)和生產(chǎn)取得快速發(fā)展，空間用三結(jié)砷化鎵太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)接近國際先進(jìn)水平。