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。常用光伏電池一般為多晶硅和單晶硅電池，然而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格一路攀升，最近一年來，由于受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響，價格有所下跌，但這種震蕩的現(xiàn)狀給光伏產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展帶來困難。

技術(shù)上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，減小對原料在量上的依賴程度。常用薄膜電池轉(zhuǎn)化率較低，因此新型的高倍聚光電池系統(tǒng)受到研究者的重視。聚光太陽電池是用凸透鏡或拋物面鏡把太陽光聚焦到幾倍、幾十倍，或幾百倍甚至上千倍，然后投射到太陽電池上。這時太陽電池可能產(chǎn)生出相應(yīng)倍數(shù)的電功率。它們具有轉(zhuǎn)化率高，電池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鎵（GaAs）太陽電池。

GaAs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，且能耐高溫。與硅太陽電池相比，GaAs太陽電池具有較好的性能

漢能公司向外界正式發(fā)布了他們公司的四款全新Solar系列全太陽能動力汽車SolarO、SolarA、SolarR以及SolarL，根據(jù)漢能方面介紹，這四款車均采用了“砷化鎵薄膜太陽能電池技術(shù)”，在車頂和車身上集成薄膜太陽能組件，就可以以太陽能為能源，轉(zhuǎn)化電能為車輛電池充電，同時這些新車還可以使用傳統(tǒng)的固定充電設(shè)施進(jìn)行補(bǔ)充電能，能夠大大減少電動汽車對充電樁的依賴。

太陽能電池到今天為止已經(jīng)發(fā)展了很多年了，在很多人的觀念中，太陽能都需要厚重的電池板才能工作，并且實(shí)際轉(zhuǎn)化率不高，用在汽車上更是讓人覺得不靠譜，那么漢能所說的這種“砷化鎵薄膜太陽能電池技術(shù)”到底是什么呢？

薄膜太陽能電池技術(shù)

我們首先來了解一下薄膜太陽能電池技術(shù)和砷化鎵。

在光伏發(fā)電技術(shù)中，太陽能電池是其中最終要的關(guān)鍵元件，目前主要應(yīng)用于光伏發(fā)電的電池大都是基于半導(dǎo)體技術(shù)，在早前一代已經(jīng)成熟的太陽能電池技術(shù)中，晶硅電池占著主導(dǎo)地位，但是隨著技術(shù)的演進(jìn)和晶硅電池的局限，薄膜電池慢慢的成為了新一代的太陽能電池演進(jìn)方向。傳統(tǒng)的晶硅電池是以高純的晶硅棒為原料制成太陽能電池，而薄膜電池屬于非晶硅結(jié)構(gòu)，而砷化鎵（GaAs）則是其中的一種。

GaAs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，且能耐高溫。與硅太陽電池相比，GaAs太陽電池具有較好的性能。GaAs材料早在1954年就被發(fā)現(xiàn)具有光伏效應(yīng)，70年代，隨著IBM等公司及研究單位的參與，GaAs作為太陽能電池開始蓬勃發(fā)展。

砷化鎵太陽能電池的優(yōu)劣勢

優(yōu)勢

轉(zhuǎn)化率高

根據(jù)漢能表示，目前他們的“砷化鎵薄膜太陽能電池技術(shù)”最高轉(zhuǎn)化率能達(dá)到31.6%，而且這個值是曾被美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）確認(rèn)為轉(zhuǎn)化率世界第一的。根據(jù)他們的未來規(guī)劃，在2020年，其太陽能轉(zhuǎn)化率要達(dá)到38%，2025年將可以達(dá)到42%的高度。

說到光伏行業(yè)的效率永遠(yuǎn)離不開理論效率和量產(chǎn)效率，砷化鎵的巨大優(yōu)勢之一就是理論效率高，差不多比晶硅高一倍，這屬于砷化鎵天生的優(yōu)越屬性，在晶硅的局限性凸顯的時候，砷化鎵是一個不錯的努力方向。

可塑性強(qiáng)

與傳統(tǒng)太陽能電池板不同，砷化鎵薄膜太陽能電池具有柔性可彎曲、質(zhì)量輕、顏色可調(diào)、形狀可塑等優(yōu)勢，這些優(yōu)勢都是能夠適用于汽車外觀設(shè)計與制造的重要因素。另外，由于其可塑性強(qiáng)，所以能夠獲得最大化感光面積，因此可以大幅度提高太陽能發(fā)電量，為汽車提供動力。

耐溫性好

常規(guī)來說，目前的硅光電池在200℃的工作環(huán)境下就已經(jīng)無法正常運(yùn)行。而砷化鎵電池的耐溫性要好于硅光電池，有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，砷化鎵電池在250℃的條件下仍可以正常工作，這對于實(shí)時有電流充放并產(chǎn)生大量熱能的汽車行業(yè)應(yīng)該能增加不少穩(wěn)定性。

弱光性好

晶體硅光伏系統(tǒng)對光的敏感度并不是很高，在陰雨天等光線較差的時候，是基本不能進(jìn)行工作的，而薄膜太陽能電池是能夠在弱光環(huán)境下進(jìn)行發(fā)電的，只不過發(fā)電的效率要小于陽光充足的時候。

劣勢

成本高昂

漢能并不是首先開始研究砷化鎵電池的企業(yè)，砷化鎵電池由于在相對高溫情況下的優(yōu)越性能，一出現(xiàn)就飽受關(guān)注，包括很多特種航天機(jī)器都在使用砷化鎵材料的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，不過這種電池的成本也是比硅光電池要高出很多的。

首先，由于砷化鎵生產(chǎn)方式和傳統(tǒng)的硅晶圓生產(chǎn)方式大不相同，砷化鎵需要采用磊晶技術(shù)制造，這種磊晶圓的直徑通常為46英寸，比硅晶圓的12英寸要小得多，磊晶圓需要特殊的機(jī)臺才行，同時砷化鎵原材料成本高出硅很多，鎵比較稀缺，砷又是有毒物質(zhì)，所以成本也會相應(yīng)高昂。

其次，其電池的衰減也是成本高昂的佐因之一。

電池衰減

傳統(tǒng)薄膜太陽能電池由于工藝原因一般顏色更深，這就意味著其熱效應(yīng)就更嚴(yán)重，根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，早期的薄膜太陽能電池一般性衰減在10%以上，特別是在使用的頭幾年呈現(xiàn)高速衰減狀態(tài)，最高能達(dá)到20%左右，所以一般廠家會采用低標(biāo)的辦法去銷售沖減。例如150W標(biāo)稱100W進(jìn)行銷售。即使是砷化鎵電池也需要充分降溫，才能保證其發(fā)電效率和減緩熱衰減。

封裝復(fù)雜

砷化鎵較硅質(zhì)在物理性質(zhì)上要更脆，這一點(diǎn)使得其加工時比容易碎裂，所以，通常的做法是把其制成薄膜，并使用襯底（常為Ge［鍺］），來對抗其在這一方面的不利，但是也增加了技術(shù)的復(fù)雜度。薄膜電池的工藝決定了它的封裝面板不能使用鋼化玻璃，一般是使用雙層普通玻璃封裝，生產(chǎn)過程貨損與安裝損壞率相對較高，另外這種封裝模式使其散熱問題更加嚴(yán)重，直至目前這個問題都難以解決。

小結(jié)

由此看來，漢能的砷化鎵太陽能電池技術(shù)，其實(shí)算是代替硅光電池嘗試的一種。無論是砷化鎵薄膜太陽能電池還是其他薄膜太陽能電池，在提升效率的時候肯定會有或多或少這樣或那樣的問題，對于光伏電池來說，理論效率大多是既定事實(shí)，剩下的就是腳踏實(shí)地一點(diǎn)點(diǎn)提高，腳踏實(shí)地比動不動就革命要靠譜的多，所以根據(jù)砷化鎵薄膜太陽能電池技術(shù)來看，薄膜很有可能會是未來太陽能的發(fā)展趨勢，但是不是漢能，還得以后再看。