砷化鎵太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)背景分析PPT

1、,砷化鎵太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)背景分析,01 砷化鎵太陽(yáng)能電池概要,3,什么是砷化鎵太陽(yáng)能電池,太陽(yáng)能光伏發(fā)電在全球取得長(zhǎng)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(guó)際炒家的炒作，導(dǎo)致國(guó)際市場(chǎng)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(lái)困難。 解決這一困難的途徑有兩條：一是采用薄膜太陽(yáng)電池，二是采用聚光太陽(yáng)電池，減小對(duì)原料的依賴(lài)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(yáng)電池是把太陽(yáng)光聚焦到幾百倍甚至上千倍投射到太陽(yáng)電池上。這時(shí)太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)光譜的匹配較適合，且能耐高。與硅太陽(yáng)電池相比，GaAs太陽(yáng)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(jiǎn)稱(chēng)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(zhǎng)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(guò)飽和狀態(tài)。通過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng) MOVPE技術(shù)：金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積（MOCVD）是由美國(guó)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(zhǎng)技術(shù)。目前MOVPE方法制備GaAs薄膜電池受生長(zhǎng)速率、生長(zhǎng)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(yáng)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(yáng)電池的發(fā)展是從這是開(kāi)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(yáng)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(yáng)電池，不過(guò)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(yáng)電池的效率達(dá)16。不久，美國(guó)的HughesResearchLab及Spectrolab通過(guò)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(kāi)創(chuàng)了高效率砷化鎵太陽(yáng)電池的新時(shí)代。 20世紀(jì)80年代后，GaAs太陽(yáng)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(lái)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(guó)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(kāi)始，國(guó)內(nèi)開(kāi)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(guó)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(yáng)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(hào)”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(hào)和天宮一號(hào)采用了更高效

6、的三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)能電池 國(guó)內(nèi)目前砷化鎵基電池研發(fā)及制造水平基本和國(guó)外持平 研發(fā)機(jī)構(gòu)有中電18所、818所、中國(guó)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(yáng)能電池未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),空間用砷化鎵太陽(yáng)能電池技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) ： 未來(lái)空間用砷化鎵太陽(yáng)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(yáng)能電池技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) ： 未來(lái)地面聚光砷化鎵太陽(yáng)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(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,10,砷化

7、鎵太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,就世界的角度來(lái)說(shuō)，砷化鎵太陽(yáng)能電池主要還是應(yīng)用在宇宙空間探測(cè)利用等方面，在地面使用較少。 目前全世界專(zhuān)業(yè)制作砷化鎵聚光電池的工廠有美國(guó)的Emcore，SpectroLab（波音的子公司）和德國(guó)的AzurSpace等。 2007年8月開(kāi)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?yáng)能發(fā)電站的規(guī)模應(yīng)用。為此，Emcore公司花了1000萬(wàn)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(wàn)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(guó)電站就接到70兆瓦，2800萬(wàn)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(wèn)題,鎵元素全球儲(chǔ)量不多，大概在兩百萬(wàn)噸（中國(guó)約占一半），開(kāi)采難度大。 由于半導(dǎo)體材料對(duì)純度的要求很高，目前世界上掌握這樣提純技術(shù)的國(guó)家僅有美國(guó)、德國(guó)和日本少數(shù)幾個(gè)，由于技術(shù)的壟斷，對(duì)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(duì)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(wèn)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)都集中在多晶硅市場(chǎng)，90以上原料依賴(lài)進(jìn)口，90以上產(chǎn)品依賴(lài)出口，整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)會(huì)缺乏動(dòng)力需求，這對(duì)砷化鎵電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)也是不利的。 對(duì)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(guó)家府策支持在光伏產(chǎn)業(yè)方面比較宏觀，目前還沒(méi)有做到對(duì)光伏電池行業(yè)進(jìn)行分類(lèi)別對(duì)待，支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在成本競(jìng)爭(zhēng)不具備優(yōu)勢(shì)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(duì)砷化鎵電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成了障礙。,12,砷化鎵太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的行業(yè)壁壘,04 光伏行業(yè)A