砷化鎵太陽能電池

太陽能光伏發電在全球取得長足發展。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能力有限，加上國際炒家的炒作，導致國際市場上多晶硅價格一路攀升，最近一年來，由于受經濟危機影響，價格有所下跌，但這種震蕩的現狀給光伏產業的健康發展帶來困難。

技術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。常用薄膜電池轉化率較低，因此新型的高倍聚光電池系統受到研究者的重視。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生出相應倍數的電功率。它們具有轉化率高，電池占地面積小和耗材少的優點。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”，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，轉化電能為車輛電池充電，同時這些新車還可以使用傳統的固定充電設施進行補充電能，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發展了很多年了，在很多人的觀念中，太陽能都需要厚重的電池板才能工作，并且實際轉化率不高，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”到底是什么呢？

薄膜太陽能電池技術

我們首先來了解一下薄膜太陽能電池技術和砷化鎵。

在光伏發電技術中，太陽能電池是其中最終要的關鍵元件，目前主要應用于光伏發電的電池大都是基于半導體技術，在早前一代已經成熟的太陽能電池技術中，晶硅電池占著主導地位，但是隨著技術的演進和晶硅電池的局限，薄膜電池慢慢的成為了新一代的太陽能電池演進方向。傳統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構，而砷化鎵（GaAs）則是其中的一種。

GaAs屬于III-V族化合物半導體材料，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年就被發現具有光伏效應，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展。

砷化鎵太陽能電池的優劣勢

優勢

轉化率高

根據漢能表示，目前他們的“砷化鎵薄膜太陽能電池技術”最高轉化率能達到31.6%，而且這個值是曾被美國國家可再生能源實驗室（NREL）確認為轉化率世界第一的。根據他們的未來規劃，在2020年，其太陽能轉化率要達到38%，2025年將可以達到42%的高度。

說到光伏行業的效率永遠離不開理論效率和量產效率，砷化鎵的巨大優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

與傳統太陽能電池板不同，砷化鎵薄膜太陽能電池具有柔性可彎曲、質量輕、顏色可調、形狀可塑等優勢，這些優勢都是能夠適用于汽車外觀設計與制造的重要因素。另外，由于其可塑性強，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電量，為汽車提供動力。

耐溫性好

常規來說，目前的硅光電池在200℃的工作環境下就已經無法正常運行。而砷化鎵電池的耐溫性要好于硅光電池，有實驗數據表明，砷化鎵電池在250℃的條件下仍可以正常工作，這對于實時有電流充放并產生大量熱能的汽車行業應該能增加不少穩定性。

弱光性好

晶體硅光伏系統對光的敏感度并不是很高，在陰雨天等光線較差的時候，是基本不能進行工作的，而薄膜太陽能電池是能夠在弱光環境下進行發電的，只不過發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，砷化鎵電池由于在相對高溫情況下的優越性能，一出現就飽受關注，包括很多特種航天機器都在使用砷化鎵材料的太陽能發電系統，不過這種電池的成本也是比硅光電池要高出很多的。

首先，由于砷化鎵生產方式和傳統的硅晶圓生產方式大不相同，砷化鎵需要采用磊晶技術制造，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，所以成本也會相應高昂。

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就更嚴重，根據實測數據，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高速衰減狀態，最高能達到20%左右，所以一般廠家會采用低標的辦法去銷售沖減。例如150W標稱100W進行銷售。即使是砷化鎵電池也需要充分降溫，才能保證其發電效率和減緩熱衰減。

封裝復雜

砷化鎵較硅質在物理性質上要更脆，這一點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，但是也增加了技術的復雜度。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重，直至目前這個問題都難以解決。

小結

由此看來，漢能的砷化鎵太陽能電池技術，其實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，剩下的就是腳踏實地一點點提高，腳踏實地比動不動就革命要靠譜的多，所以根據砷化鎵薄膜太陽能電池技術來看，薄膜很有可能會是未來太陽能的發展趨勢，但是不是漢能，還得以后再看。