砷化镓太阳能电池的优劣

砷化镓太阳能电池

太阳能光伏发电在全球取得长足发展。常用光伏电池一般为多晶硅和单晶硅电池，然而由于原材料多晶硅的供应能力有限，加上国际炒家的炒作，导致国际市场上多晶硅价格一路攀升，最近一年来，由于受经济危机影响，价格有所下跌，但这种震荡的现状给光伏产业的健康发展带来困难。

技术上解决这一困难的途径有两条：一是采用薄膜太阳电池，二是采用聚光太阳电池，减小对原料在量上的依赖程度。常用薄膜电池转化率较低，因此新型的高倍聚光电池系统受到研究者的重视。聚光太阳电池是用凸透镜或抛物面镜把太阳光聚焦到几倍、几十倍，或几百倍甚至上千倍，然后投射到太阳电池上。这时太阳电池可能产生出相应倍数的电功率。它们具有转化率高，电池占地面积小和耗材少的优点。高倍聚光电池具有代表性的是砷化镓（GaAs）太阳电池。

GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温。与硅太阳电池相比，GaAs太阳电池具有较好的性能

汉能公司向外界正式发布了他们公司的四款全新Solar系列全太阳能动力汽车SolarO、SolarA、SolarR以及SolarL，根据汉能方面介绍，这四款车均采用了“砷化镓薄膜太阳能电池技术”，在车顶和车身上集成薄膜太阳能组件，就可以以太阳能为能源，转化电能为车辆电池充电，同时这些新车还可以使用传统的固定充电设施进行补充电能，能够大大减少电动汽车对充电桩的依赖。

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太阳能电池到今天为止已经发展了很多年了，在很多人的观念中，太阳能都需要厚重的电池板才能工作，并且实际转化率不高，用在汽车上更是让人觉得不靠谱，那么汉能所说的这种“砷化镓薄膜太阳能电池技术”到底是什么呢？

薄膜太阳能电池技术

我们首先来了解一下薄膜太阳能电池技术和砷化镓。

在光伏发电技术中，太阳能电池是其中最终要的关键元件，目前主要应用于光伏发电的电池大都是基于半导体技术，在早前一代已经成熟的太阳能电池技术中，晶硅电池占着主导地位，但是随着技术的演进和晶硅电池的局限，薄膜电池慢慢的成为了新一代的太阳能电池演进方向。传统的晶硅电池是以高纯的晶硅棒为原料制成太阳能电池，而薄膜电池属于非晶硅结构，而砷化镓（GaAs）则是其中的一种。

GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温。与硅太阳电池相比，GaAs太阳电池具有较好的性能。GaAs材料早在1954年就被发现具有光伏效应，70年代，随着IBM等公司及研究单位的参与，GaAs作为太阳能电池开始蓬勃发展。

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砷化镓太阳能电池的优劣势

优势

转化率高

根据汉能表示，目前他们的“砷化镓薄膜太阳能电池技术”最高转化率能达到31.6%，而且这个值是曾被美国国家可再生能源实验室（NREL）确认为转化率世界第一的。根据他们的未来规划，在2020年，其太阳能转化率要达到38%，2025年将可以达到42%的高度。

说到光伏行业的效率永远离不开理论效率和量产效率，砷化镓的巨大优势之一就是理论效率高，差不多比晶硅高一倍，这属于砷化镓天生的优越属性，在晶硅的局限性凸显的时候，砷化镓是一个不错的努力方向。

可塑性强

与传统太阳能电池板不同，砷化镓薄膜太阳能电池具有柔性可弯曲、质量轻、颜色可调、形状可塑等优势，这些优势都是能够适用于汽车外观设计与制造的重要因素。另外，由于其可塑性强，所以能够获得最大化感光面积，因此可以大幅度提高太阳能发电量，为汽车提供动力。

耐温性好

常规来说，目前的硅光电池在200℃的工作环境下就已经无法正常运行。而砷化镓电池的耐温性要好于硅光电池，有实验数据表明，砷化镓电池在250℃的条件下仍可以正常工作，这对于实时有电流充放并产生大量热能的汽车行业应该能增加不少稳定性。

弱光性好

晶体硅光伏系统对光的敏感度并不是很高，在阴雨天等光线较差的时候，是基本不能进行工作的，而薄膜太阳能电池是能够在弱光环境下进行发电的，只不过发电的效率要小于阳光充足的时候。

劣势

成本高昂

汉能并不是首先开始研究砷化镓电池的企业，砷化镓电池由于在相对高温情况下的优越性能，一出现就饱受关注，包括很多特种航天机器都在使用砷化镓材料的太阳能发电系统，不过这种电池的成本也是比硅光电池要高出很多的。

首先，由于砷化镓生产方式和传统的硅晶圆生产方式大不相同，砷化镓需要采用磊晶技术制造，这种磊晶圆的直径通常为46英寸，比硅晶圆的12英寸要小得多，磊晶圆需要特殊的机台才行，同时砷化镓原材料成本高出硅很多，镓比较稀缺，砷又是有毒物质，所以成本也会相应高昂。

其次，其电池的衰减也是成本高昂的佐因之一。

电池衰减

传统薄膜太阳能电池由于工艺原因一般颜色更深，这就意味着其热效应就更严重，根据实测数据，早期的薄膜太阳能电池一般性衰减在10%以上，特别是在使用的头几年呈现高速衰减状态，最高能达到20%左右，所以一般厂家会采用低标的办法去销售冲减。例如150W标称100W进行销售。即使是砷化镓电池也需要充分降温，才能保证其发电效率和减缓热衰减。

封装复杂

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，通常的做法是把其制成薄膜，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。薄膜电池的工艺决定了它的封装面板不能使用钢化玻璃，一般是使用双层普通玻璃封装，生产过程货损与安装损坏率相对较高，另外这种封装模式使其散热问题更加严重，直至目前这个问题都难以解决。

小结

由此看来，汉能的砷化镓太阳能电池技术，其实算是代替硅光电池尝试的一种。无论是砷化镓薄膜太阳能电池还是其他薄膜太阳能电池，在提升效率的时候肯定会有或多或少这样或那样的问题，对于光伏电池来说，理论效率大多是既定事实，剩下的就是脚踏实地一点点提高，脚踏实地比动不动就革命要靠谱的多，所以根据砷化镓薄膜太阳能电池技术来看，薄膜很有可能会是未来太阳能的发展趋势，但是不是汉能，还得以后再看。