GaAs太阳能电池的简述,主要特点及主要应用及市场情况

砷化镓（GaAs）材料在无线通信、光传输、消费电子（如3D人脸识别）和太阳能电池等领域获得广泛应用。前几期已经介绍过砷化镓在射频领域的相关情况，本期1°姐将为大家继续介绍GaAs太阳能电池产业链的具体情况。

太阳能电池的简述

太阳能电池是利用光伏效应将太阳能通过半导体物质转变为直流电能的一种器件（光能转化为电能）。以商业化的太阳能电池主要有晶体硅太阳能电池（包括单晶硅和多晶硅两种）、半导体化合物太阳能电池（以砷化镓太阳能电池为主）两大类。

这两大类太阳能电池中，晶体硅太阳能电池广泛应用于发电领域，目前占据绝大部分的市场份额；而砷化镓太阳能电池是新能源、新材料的典型代表之一。虽然光电转换效率高于前两者，目前国际上已实现的最高光电转换率达46%；但砷化镓技术难度和成本也都更大，难以满足大规模的生产需求。因此砷化镓目前的主要应用集中在空间飞行器电源和其他高端用途，在地面发电系统中逐步有少量的应用。

太阳能电池产业链

太阳能电池产业链一般包括电池原材料、太阳能电池外延片、太阳能电池芯片、太阳能电池组件和太阳能电站5个主要环节。

砷化镓太阳能电池主要特点

砷化镓较硅质在物理性质上要更脆，这一点使得其加工时比容易碎裂，所以，常把其制成薄膜，并使用衬底（常为Ge[锗]），来对抗其在这一方面的不利，但是也增加了技术的复杂度。

相对于其他类型太阳能电池，砷化镓太阳能电池的工艺较为复杂，尤其是多结砷化镓电池，三结砷化镓太阳能电池有三个P-N结，一般需要生长近30层外延，外延结构的设计、每一层外延生长质量都直接影响整个砷化镓太阳能电池的性能。因而，砷化镓太阳能电池行业具有一定的技术壁垒。下图为砷化镓太阳能电池的优缺点对比一览表。

砷化镓太阳能电池主要应用及市场情况

从具体的应用角度来看，由于GaAs太阳能电池制备成本较高，因此目前主要还是应用在宇宙空间探测利用（主要做太阳能电池帆板）等方面，在地面使用较少（主要做高温聚光太阳能电池）。

聚光光伏电站（CPV）是地面用砷化镓太阳能电池的主要应用领域。聚光光伏发电是指采用聚光的方式把一定面积上的太阳光通过聚光系统会聚在一个狭小的区域，汇聚后的太阳光通过太阳能电池，利用半导体材料的光伏效应直接转换为电能。如果聚光倍数在几倍至几十倍，成为低倍聚光，如果聚光倍数超过一百倍，通常称为高倍聚光。砷化镓可以承受1000倍光强，是目前聚光光伏的常用材料。

随着技术和成本降低，聚光光伏电站装机量呈现加速发展态势。根据HIS统计，2015年全球CPV累计装机量为254MV，预计2020年有望达到1362MW, CAGR为39.91%，显著高于光伏电站整体增速。下图为2015年全球CPV累计装机市场情况分布。

目前美国是实现砷化镓薄膜太阳能电池光电转换效率最高的国家，也是最大生产基地，其空间和地面聚光用砷化镓太阳能电池的实际产量约占全球50%，技术上处于全球领先地位，Emcore公司和SpectroLab公司（波音公司下属的光伏实验室）是全球最主要的砷化镓薄膜太阳能电池制造商。

现阶段我国的砷化镓太阳能电池的应用领域也仍以空间应用为主，我国发射的卫星上使用的太阳能电池完全由自己生产。在国内航天产业发展需求的带动下，我国在空间用砷化镓太阳能电池的研发和生产取得快速发展，空间用三结砷化镓太阳能电池的光电转换效率已经接近国际先进水平。