砷化鎵電池基本介紹

1、、碑化鐐電池基本介紹近年來，太陽能光伏發(fā)電在全球取得長(zhǎng)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(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，最近一年來，由于受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響，價(jià)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。目前，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(duì)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1。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(shí)太陽電池可能產(chǎn)生出相應(yīng)

2、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碑化鐐（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。 與硅太陽電池相比，GaAs太陽電池具有較好的性能2。二、碑化鐐電池與硅光電池的比較1、光電轉(zhuǎn)化率：碑化鐐的禁帶較硅為寬，使得它的光譜響應(yīng)性和空間太陽光譜匹配能力較硅好。目前， 硅電池的理論效率大概為23%，而單結(jié)的碑化鐐電池理論效率達(dá)到27%,而多結(jié)的碑化鐐電池理論效率更超過50%。2、耐性常規(guī)上，碑化鐐電池的耐性要好于硅光電池，有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，碑化鐐電池在 250C的 條件下仍可以正常工作，但

3、是硅光電池在200 C就已經(jīng)無法正常運(yùn)行。3、機(jī)械強(qiáng)度和比重碑化鐐較硅質(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，目前常 把其制成薄膜，并使用襯底（常為Ge錯(cuò)）,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。三、碑化鐐電池的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀1、歷程GaAs太陽電池的發(fā)展是從上世紀(jì)50年代開始的，至今已有已有50多年的歷史。1954年世界上首次發(fā)現(xiàn) GaAs材料具有光伏效應(yīng)。在 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范圍內(nèi)的材料具有最高的轉(zhuǎn)換效率。（GaAs材料的Eg=1.43eV，在上述高效率范圍內(nèi)，理

4、論上估算，GaAs單結(jié)太陽電池的效率可達(dá)27%）。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9%10%,遠(yuǎn)低于27%的理論值。20世紀(jì)70年代，舊M公司和前蘇聯(lián)Ioffe技術(shù)物理所等為代表的研究單位，采 用LPE （液相外延）技術(shù)引入 GaAlAs異質(zhì)窗口層，降低了 GaAs表面的復(fù)合速率，使 GaAs太陽 電池的效率達(dá) 16%。不久，美國(guó)的 HRL （ 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)了高效率碑化鐐太陽電池的新時(shí)代4。從上世紀(jì)80年代后，GaAs太陽

5、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，其發(fā)展速度日益加快，效率也不斷提高，目前實(shí) 驗(yàn)室最高效率已達(dá)到 50% （來自 舊M公司數(shù)據(jù)），產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)化率可達(dá) 30%以上。2、幾項(xiàng)基本技術(shù)介紹GaAs生產(chǎn)方式有別于傳統(tǒng)的硅晶圓生產(chǎn)方式，GaAs生產(chǎn)需要采用磊晶技術(shù)，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，因此，制備其磊晶圓需要特殊的機(jī)臺(tái)。 目前，常用于 GaAs制備的技術(shù)有幾種，主要有 LPE和MOVPE等。2.1LPE技術(shù)介紹液相外延技術(shù)（LiquidPhaseEpitaxy ,簡(jiǎn)稱LPE） 1963年由Nelso

6、n等人提出的，在GaAs 的生產(chǎn)中，其以低熔點(diǎn)的Ga）鐐）為溶劑，以待生長(zhǎng)材料 Ga、As （碑）和摻雜劑Zn （鋅）、Te （砌、 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(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)，實(shí)現(xiàn)晶體的外延生長(zhǎng)。2.2MOVPE 技術(shù)介紹金屬有機(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)。在GaAs晶片的制備中，它采用Ga元素的有機(jī)

7、化合物和 As的氫化物等作為晶體生長(zhǎng)原料，以熱分解反應(yīng)方式在襯底上進(jìn) 行汽相外延，生長(zhǎng) GaAs化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的薄膜層單晶材料。MOCVD是在常壓或低壓（Q 10kPa下于通H2的冷壁石英反應(yīng)器中進(jìn)行的，襯底度為600-800 C,過程中需用射頻加熱石墨支架，讓 H2氣通過度可控的液體源鼓泡攜帶金屬有機(jī)物到生長(zhǎng)區(qū)。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5。3、國(guó)內(nèi)技術(shù)發(fā)展情況在上世紀(jì)70年代中期至90年代中期，國(guó)內(nèi)一般采用LPE技術(shù)研制GaAs電池，單結(jié)GaAs/GaAs電池效可達(dá)20%。199

8、5年開始，國(guó)內(nèi)開始采用MOCVD技術(shù)研制GaAs電池。斗五”初期，單結(jié)GaAs/Ge電池進(jìn)入量產(chǎn)（用于航天），量產(chǎn)平均效率達(dá)到 18.5%19.0% （ AM0 ）。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)星的太陽方陣帆板上使用了 20m麻20m麻0.3mm單結(jié)GaAs電池，取得較好的效果。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2T衛(wèi)星上，也應(yīng)用了單結(jié) GaAs/GaAs電池。四、碑化鐐電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀就世界的角度來說，碑化鐐電池主要還是應(yīng)用在宇宙空間探測(cè)利用等方面，在地面使 用較少。目前全世界專業(yè)制作碑化鐐聚光電池的工廠有

9、美國(guó)的Emcore, SpectroLab （波音的子公司）和德國(guó)的AzurSpace等，中國(guó)的產(chǎn)業(yè)化推廣還未成形。2007年8月開始，由于聚光技術(shù)的采用，碑化鐐電池從衛(wèi)星上的使用轉(zhuǎn)變?yōu)榫酃獾奶?陽能發(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，全球的碑化鐐電池的生產(chǎn)取得突破性的發(fā)展，4月，作為碑化鐐生產(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，2800萬美元（500倍聚光）的訂單。隨著全球光伏

10、產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展，光伏電池的生產(chǎn)在逐步推開。五、碑化鐐電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展遇到的問題碑化鐐光伏電池有著較優(yōu)的轉(zhuǎn)化效率，有明顯的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，應(yīng)該成為一種有效的光伏 發(fā)電途徑，但是，目前在中國(guó)產(chǎn)業(yè)化方面并不理想，出現(xiàn)了一些問題和阻礙。 主要有以下幾個(gè)方面，一是制備費(fèi)用高居不下，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，碑化鐐晶片的制備費(fèi)用約為10000$/m2,比常規(guī)的硅晶電池相比高出不少，當(dāng)然，這是幾方面的因素造成的，一方面，由于鐐元素在全球的儲(chǔ)量不多，大概在兩百萬噸左右7（中國(guó)約占一半），而且開采難度大（一般為鋁土礦的伴生礦），在當(dāng)今號(hào)召降低高耗能投資的要求下（電解鋁項(xiàng)目得到嚴(yán)格控制），短期內(nèi)要擴(kuò)大粗鐐的生產(chǎn)比較難。另一方面，由于半導(dǎo)體

11、材料對(duì)純度的要求很高， 對(duì)半導(dǎo)體用鐐的要求達(dá)到67個(gè)9,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。二是碑化鐐的另一個(gè)組分碑有毒，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，在沒有得到有力技術(shù)保證的前提下，一般的企業(yè)也不愿往這方面投產(chǎn)。第三，目前的碑化鐐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)8,這增加了技術(shù)的難度。第四，由于碑化鐐電池的高轉(zhuǎn)化率，常把其制成高聚光電池，當(dāng)然，這一方面可以 縮小耗材，對(duì)于降低成本有利，但是也存在需要追日跟蹤系統(tǒng)的問題

12、，而且由于各地區(qū)的日照條件 不一樣據(jù)了解，目前對(duì)追日跟蹤系統(tǒng)的要求也不一樣，也增加系統(tǒng)的復(fù)雜度和實(shí)施的難度9。第五，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)這幾年的注意力都集中在多晶硅市場(chǎng)，而且是進(jìn)行的是一種 90%以上原料依賴進(jìn)口，90%以上產(chǎn)品依賴出口的一種模式，沒有把注意力集中到本土化光伏發(fā)電推廣，長(zhǎng)此以往，整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)會(huì)缺乏動(dòng)力需求，這對(duì)碑化鐐電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來說也是不利的。第六，對(duì)于產(chǎn)業(yè)化來說，民眾認(rèn)可是很重要的，這些年來，對(duì)于碑化鐐光伏電池， 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。第七是國(guó)家策，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(duì)光伏電池行業(yè)進(jìn)行分類別對(duì)待，支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在成本競(jìng)爭(zhēng)不具備

13、優(yōu)勢(shì)的情況下，策支持的不力使碑化鐐產(chǎn)業(yè) 化推進(jìn)緩慢。以上這些原因的綜合出現(xiàn)，對(duì)碑化鐐電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成了障礙。對(duì)策分析針對(duì)目前出現(xiàn)的問題，筆者認(rèn)為可以從以下幾方面著手去努力解決。首先，需要在原料鐐上做好功夫，雖然鐐儲(chǔ)量全球不太多，但是中國(guó)相對(duì)來說是較 豐富的，目前的問題就是提純技術(shù)不過關(guān)的問題，這就需要我們廣大的相關(guān)科研機(jī)構(gòu)合作攻關(guān)，做 好鐐的高純提取。第二是要做好安全保障措施，提高工廠生產(chǎn)的智能化、自動(dòng)化，減少生產(chǎn)直接接觸人 員，保障安全化生產(chǎn)和人身安全，減小環(huán)境阻力。第三是加大技術(shù)攻關(guān)，簡(jiǎn)化制備工藝，減小電池系統(tǒng)復(fù)雜度，降低電池制備耗費(fèi)。第四，新聞媒介和相關(guān)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)做好宣傳推薦工作，提高民

14、眾認(rèn)知度。第五是國(guó)家策支持明細(xì)化， 比如對(duì)光伏發(fā)電電池產(chǎn)業(yè)來說，對(duì)晶硅電池、薄膜電池、碑化鐐電池、確化銘電池等的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)做好分類對(duì)待，培植一些有競(jìng)爭(zhēng)力的碑化鐐電池生產(chǎn)企業(yè)，同時(shí)鼓勵(lì)各地新建光伏電站采用碑化鐐光伏電池。六、展望目前由于資金、技術(shù)和會(huì)認(rèn)知等方面的不足，碑化鐐電池在中國(guó)并沒有走進(jìn)大眾生活， 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。但是由于碑化鐐電池具有很高的能量轉(zhuǎn)化效率，個(gè)人認(rèn)為，是一種比較有前途的 光伏發(fā)電裝置，對(duì)促進(jìn)未來人類新能源利用，創(chuàng)造潔凈生存環(huán)境是一個(gè)好的備選項(xiàng)，相信通過業(yè)界 的共同努力，府策上的得力支持，民眾的開放性心里對(duì)待，碑化鐐太陽能光伏電池產(chǎn)業(yè)化會(huì)逐步發(fā) 展，穩(wěn)步推進(jìn)，在明天的廣泛運(yùn)用不

15、是夢(mèng)！A股主要上市公司目前全球的CPV裝機(jī)不到200MW,預(yù)計(jì)今后幾年內(nèi)，隨著技術(shù)優(yōu)勢(shì)和成本優(yōu)勢(shì)的體 現(xiàn)，市場(chǎng)規(guī)模將有爆發(fā)式的增長(zhǎng)，未來10年年均增速預(yù)計(jì)在 40%以上。我國(guó)目前僅有少量示范電站，未來隨著光伏裝機(jī)容量的提升，CPV的市場(chǎng)也將逐漸打開。在目前，國(guó)內(nèi)尚無成熟的CPV設(shè)備制造商，產(chǎn)品進(jìn)口依賴度較高。在A股上市公司中未來有望從 CPV市場(chǎng)的高速擴(kuò)張中獲益的主要上市公司有：1、乾照光電(300102):公司是目前國(guó)內(nèi)四元系紅、黃光LED芯片產(chǎn)銷量最大的企業(yè)，國(guó)內(nèi)最大的能夠批量生產(chǎn)三結(jié)碑化鐐太陽能電池外延片的企業(yè)。公司專注于高亮度四元系紅、黃光LED外延片、芯片及三結(jié)碑化鐐太陽電池外延片的

16、研發(fā)生產(chǎn)，掌握了四元系紅、黃光 LED外延片、芯片生產(chǎn)的核心技 術(shù)。產(chǎn)品不僅有高品質(zhì)的超高亮度紅、橙、黃 LED外延片、芯片，同時(shí)還著力研發(fā)生產(chǎn)世界最尖 端的高性能碑化鐐太陽能電池，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)空白，是國(guó)內(nèi)僅有的幾家初步具備LED外延片和芯片工業(yè)化生產(chǎn)能力的企業(yè)。在三結(jié)碑化鐐太陽能電池外延片的領(lǐng)域，公司也擁有完全自主研 發(fā)的MOCVD技術(shù)。2、向日葵(300111):公司是一家專注于光伏能源產(chǎn)品研發(fā)制造的國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)，主要致力于研發(fā)、 生產(chǎn)、銷售大規(guī)格高效晶體硅太陽能電池。公司熟練掌握了光伏電池片生產(chǎn)的全部關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā) 能力較強(qiáng)。公司的成長(zhǎng)性明顯，2008年公司獲得了 紹興市成長(zhǎng)

17、型工業(yè)企業(yè) 20強(qiáng)”等榮譽(yù)。根據(jù)中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)光電專業(yè)委員會(huì)排名，2008年公司晶體硅電池產(chǎn)量已進(jìn)入國(guó)內(nèi)前10名，是國(guó)內(nèi)光伏行業(yè)中成長(zhǎng)性最明顯的企業(yè)之一。公司2005年3月成立以來始終專注于高效晶體硅太陽能電池及組件的研發(fā)和生產(chǎn)，近年來產(chǎn)銷量和營(yíng)業(yè)收入規(guī)模均呈現(xiàn)較高速增長(zhǎng)，2009年電池及組件產(chǎn)量達(dá)到 106MW ,位居國(guó)內(nèi)企業(yè)第九。隨著全球光伏市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)， 公司產(chǎn)能增長(zhǎng)較快， 已分別于2006年5月、2008年5月、 2009年6月建成投產(chǎn) 25MW 生產(chǎn)線、50MW 生產(chǎn)線、100MW 生產(chǎn)線。公司已建成年產(chǎn) 175MW 的 光伏電池生產(chǎn)線。3、東方日升(300118):公司是主要

18、從事太陽能電池片、太陽能電池組件以及太陽能燈具等太陽能光伏產(chǎn)品的 研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè)，是我國(guó)重要的太陽能光伏應(yīng)用產(chǎn)品專業(yè)供應(yīng)商。發(fā)公司是國(guó)內(nèi) 較早從事太陽能應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)的生產(chǎn)企業(yè)之一。募集資金擬投向年產(chǎn) 75MW晶體硅光伏產(chǎn)品項(xiàng)目和光伏工程技術(shù)研發(fā)中心項(xiàng)目。東方 日升的主營(yíng)業(yè)務(wù)是從事太陽能電池片、太陽能電池組件以及太陽能燈具等太陽能光伏產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)和銷售，主要產(chǎn)品為太陽能電池片、太陽能電池組件和太陽能燈具。4、萬家樂(000533):作為國(guó)內(nèi)著名的家電企業(yè)，公司十分看好太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，重拳打造太陽熱水器產(chǎn) 業(yè)。相比傳統(tǒng)的熱水器，太陽能熱水器完全采用太陽的光熱來燒水。其中，萬家樂目前持股25%的新曜光電是母公司下屬專營(yíng)HCPV太陽能發(fā)電模組和發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計(jì)和產(chǎn)業(yè)化為主的高科技公司。未來有望整體注入上市公司，實(shí)現(xiàn)萬家樂從傳統(tǒng)家電和電氣設(shè)備生產(chǎn)到新能源和環(huán)保設(shè)備的 轉(zhuǎn)型。5、三安光電(600703):是國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的全色系超高亮度LED芯片生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品正向需求旺盛的電視背光、路燈照明，汽車產(chǎn)品領(lǐng)域滲透。三安光電主營(yíng) LED芯片生產(chǎn)，與CPV聚光太陽能技術(shù)方面相通， 具有業(yè)務(wù)拓展的優(yōu)勢(shì)。其CPV聚光太陽能系統(tǒng)采用雙軸跟蹤、500倍聚光方式，模塊系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率約25%26%,今年第一季度可完成青海省格爾木市3MW示范電站項(xiàng)目，今年業(yè)績(jī)目標(biāo)為 20MW50MW