砷化鎵太陽能電池的產(chǎn)業(yè)背景分析PPT

1、,砷化鎵太陽能電池產(chǎn)業(yè)背景分析,01 砷化鎵太陽能電池概要,3,什么是砷化鎵太陽能電池,太陽能光伏發(fā)電在全球取得長足發(fā)展。光伏電池一般為多晶硅和單晶硅電池，由于原材料多晶硅的供應(yīng)能力有限，加上國際炒家的炒作，導(dǎo)致國際市場上多晶硅價(jià)格一路攀升，這種現(xiàn)狀給光伏產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展帶來困難。 解決這一困難的途徑有兩條：一是采用薄膜太陽電池，二是采用聚光太陽電池，減小對原料的依賴程度。薄膜電池轉(zhuǎn)化率較低，因此新型的高倍聚光電池系統(tǒng)受到重視。聚光太陽電池是把太陽光聚焦到幾百倍甚至上千倍投射到太陽電池上。這時(shí)太陽電池可產(chǎn)生相應(yīng)倍數(shù)的電功率。具有轉(zhuǎn)化率高，占地面積小和耗材少的優(yōu)點(diǎn)。 高倍聚光電池具有代表性的是砷化

2、鎵太陽電池。 砷化鎵屬于III-V族化合物半導(dǎo)體材料，其能隙與太陽光譜的匹配較適合，且能耐高。與硅太陽電池相比，GaAs太陽電池具有更好的性能。,4,砷化鎵電池的兩種技術(shù),LPE技術(shù)：液相外延技術(shù)（LiquidPhaseEpitaxy，簡稱LPE）1963年由Nelson等人提出的，在GaAs的生產(chǎn)中，其以低熔點(diǎn)的Ga）鎵）為溶劑，以待生長材料Ga、As（砷）和摻雜劑Zn（鋅）、Te（碲）、Sn（錫）等為溶質(zhì)，使溶質(zhì)在溶劑中呈飽和或過飽和狀態(tài)。通過降冷卻使石墨舟中的溶質(zhì)從溶劑中析出，在單晶襯底上定向生長一層晶體結(jié)構(gòu)和晶格常數(shù)與單晶襯底（常為Ga）足夠相似的GaAs晶體材料，使晶體結(jié)構(gòu)得以延續(xù)，

3、實(shí)現(xiàn)晶體的外延生長 MOVPE技術(shù)：金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積（MOCVD）是由美國洛克威爾公司的H.M.Manasevit等在1968年首先提出的一種制備化合物半導(dǎo)體薄層單晶膜的新型汽相外延生長技術(shù)。目前MOVPE方法制備GaAs薄膜電池受生長速率、生長度和As/Ga比、金屬有機(jī)物和AsH3的純度等諸多參數(shù)的影響,02 砷化鎵太陽能電池的技術(shù)發(fā)展,6,砷化鎵電池的發(fā)展歷程,20世紀(jì)世紀(jì)50年代GaAs太陽電池的發(fā)展是從這是開始的。 1954年，世界上首次發(fā)現(xiàn)GaAs材料具有光伏效應(yīng)。 1956年，LoferskiJ.J.和他的團(tuán)隊(duì)探討了制造太陽電池的最佳材料的物性，他們指出Eg在1.21.6eV范

4、圍內(nèi)的材料具有最高的轉(zhuǎn)換效率。 20世紀(jì)60年代，Gobat等研制了第1個(gè)摻鋅GaAs太陽電池，不過轉(zhuǎn)化率不高，僅為910，遠(yuǎn)低于27的理論值。 20世紀(jì)70年代，IBM公司和前蘇聯(lián)Ioffe技術(shù)物理所等為代表的研究單位，使GaAs太陽電池的效率達(dá)16。不久，美國的HughesResearchLab及Spectrolab通過改進(jìn)了LPE技術(shù)使得電池的平均效率達(dá)到18，并實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，開創(chuàng)了高效率砷化鎵太陽電池的新時(shí)代。 20世紀(jì)80年代后，GaAs太陽電池技術(shù)經(jīng)歷了從LPE到MOCVD，從同質(zhì)外延到異質(zhì)外延，從單結(jié)到多結(jié)疊層結(jié)構(gòu)的幾個(gè)發(fā)展階段，目前實(shí)驗(yàn)室最高效率已達(dá)到50（來自IBM公司數(shù)據(jù)

5、），產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)化率可達(dá)30以上。,7,國內(nèi)技術(shù)發(fā)展情況,20世紀(jì)70年代中期至90年代中期，采用LPE技術(shù)研制GaAs電池，效率可達(dá)20。 1995年開始，國內(nèi)開始采用MOCVD技術(shù)研制GaAs電池。 “十五”初期，單結(jié)GaAs/Ge電池量產(chǎn)用于航天，量產(chǎn)平均效率達(dá)18.519.0 我國首次GaAs電池試驗(yàn)是在1988年9月時(shí)進(jìn)行的，當(dāng)時(shí)發(fā)射的FY21A星上，在衛(wèi)星的太陽方陣帆板上使用了20mm20mm0.3mm單結(jié)GaAs電池，取得較好效果。 2001年1月發(fā)射的“神舟3號”飛船和2002年5月發(fā)射的“海洋21”衛(wèi)星上，也應(yīng)用了單結(jié)GaAs電池 2011年發(fā)射的神舟八號和天宮一號采用了更高效

6、的三結(jié)砷化鎵太陽能電池 國內(nèi)目前砷化鎵基電池研發(fā)及制造水平基本和國外持平 研發(fā)機(jī)構(gòu)有中電18所、818所、中國航天科技集團(tuán)上?？臻g電源研究所 制造企業(yè)有三安光電、乾照、中山德華芯片,8,砷化鎵太陽能電池未來發(fā)展趨勢,空間用砷化鎵太陽能電池技術(shù)發(fā)展趨勢 ： 未來空間用砷化鎵太陽能電池的技術(shù)發(fā)展， 將以提高電池產(chǎn)品光電轉(zhuǎn)換效率和提高 抗輻射能力為主要方向。 地面聚光砷化鎵太陽能電池技術(shù)發(fā)展趨勢 ： 未來地面聚光砷化鎵太陽能電池的技術(shù)發(fā)展， 主要以提高電池芯片光電轉(zhuǎn)換效率、 更高聚光倍數(shù)電池的研制、提高聚光組件聚光效率和研發(fā)更高效的追蹤技術(shù)為主要方向。,03 砷化鎵太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,10,砷化

7、鎵太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,就世界的角度來說，砷化鎵太陽能電池主要還是應(yīng)用在宇宙空間探測利用等方面，在地面使用較少。 目前全世界專業(yè)制作砷化鎵聚光電池的工廠有美國的Emcore，SpectroLab（波音的子公司）和德國的AzurSpace等。 2007年8月開始，由于聚光技術(shù)的采用，砷化鎵電池從衛(wèi)星上的使用轉(zhuǎn)變?yōu)榫酃獾奶柲馨l(fā)電站的規(guī)模應(yīng)用。為此，Emcore公司花了1000萬美元，將產(chǎn)能增加到目前的每年150兆瓦。 在2008年，全球的砷化鎵電池的生產(chǎn)取得突破性的發(fā)展，4月，作為砷化鎵生產(chǎn)的全球主要廠家之一SpectroLab，獲得350兆瓦，9300萬美元（1000倍聚光）的電站訂單。 在

8、東亞地區(qū)，也有初步的生產(chǎn)推廣，2008年5月，韓國電站就接到70兆瓦，2800萬美元（500倍聚光）的訂單。,11,砷化鎵電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展遇到的問題,鎵元素全球儲量不多，大概在兩百萬噸（中國約占一半），開采難度大。 由于半導(dǎo)體材料對純度的要求很高，目前世界上掌握這樣提純技術(shù)的國家僅有美國、德國和日本少數(shù)幾個(gè)，由于技術(shù)的壟斷，對擴(kuò)大再生產(chǎn)構(gòu)成限制，總體上增加了制備費(fèi)用。 砷化鎵的另一個(gè)組分砷有毒，對于環(huán)境安全和生產(chǎn)工人自身身體安全都是一個(gè)不小的威脅。 砷化鎵電池由于自身物理因素的限制（脆性），一般制成帶襯底的薄膜電池，需要構(gòu)造隧道結(jié)和防止形成寄生的p/n結(jié)，這增加了技術(shù)的難度。 由于砷化鎵電池的高轉(zhuǎn)

9、化率，常把其制成高聚光電池，存在需要追日跟蹤系統(tǒng)的問題，而且由于各地區(qū)的日照條件不一樣，增加系統(tǒng)的復(fù)雜度和實(shí)施的難度 國內(nèi)市場都集中在多晶硅市場，90以上原料依賴進(jìn)口，90以上產(chǎn)品依賴出口，整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)會缺乏動力需求，這對砷化鎵電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來說也是不利的。 對于砷化鎵光伏電池，民眾認(rèn)知度不夠，媒介和研究機(jī)構(gòu)的宣傳推廣工作有些不力。 國家府策支持在光伏產(chǎn)業(yè)方面比較宏觀，目前還沒有做到對光伏電池行業(yè)進(jìn)行分類別對待，支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在成本競爭不具備優(yōu)勢的情況下，策支持的不力使砷化鎵產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)緩慢。以上這些原因的綜合出現(xiàn)，對砷化鎵電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成了障礙。,12,砷化鎵太陽能電池產(chǎn)業(yè)的行業(yè)壁壘,04 光伏行業(yè)A