砷化镓太阳能电池的产业背景分析ppt课件.ppt

砷化镓太阳能电池产业背景分析 1 01砷化镓太阳能电池概要 2 3 什么是砷化镓太阳能电池 太阳能光伏发电在全球取得长足发展 光伏电池一般为多晶硅和单晶硅电池 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 这种现状给光伏产业的健康发展带来困难 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 减小对原料的依赖程度 薄膜电池转化率较低 因此新型的高倍聚光电池系统受到重视 聚光太阳电池是把太阳光聚焦到几百倍甚至上千倍投射到太阳电池上 这时太阳电池可产生相应倍数的电功率 具有转化率高 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太阳电池 砷化镓属于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 与硅太阳电池相比 GaAs太阳电池具有更好的性能 4 砷化镓电池的两种技术 LPE技术 液相外延技术 LiquidPhaseEpitaxy 简称LPE 1963年由Nelson等人提出的 在GaAs的生产中 其以低熔点的Ga 镓 为溶剂 以待生长材料Ga As 砷 和掺杂剂Zn 锌 Te 碲 Sn 锡 等为溶质 使溶质在溶剂中呈饱和或过饱和状态 通过降冷却使石墨舟中的溶质从溶剂中析出 在单晶衬底上定向生长一层晶体结构和晶格常数与单晶衬底 常为Ga 足够相似的GaAs晶体材料 使晶体结构得以延续 实现晶体的外延生长MOVPE技术 金属有机化学汽相淀积 MOCVD 是由美国洛克威尔公司的H M Manasevit等在1968年首先提出的一种制备化合物半导体薄层单晶膜的新型汽相外延生长技术 目前MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受生长速率 生长度和As Ga比 金属有机物和AsH3的纯度等诸多参数的影响 02砷化镓太阳能电池的技术发展 5 6 砷化镓电池的发展历程 20世纪世纪50年代GaAs太阳电池的发展是从这是开始的 1954年 世界上首次发现GaAs材料具有光伏效应 1956年 LoferskiJ J 和他的团队探讨了制造太阳电池的最佳材料的物性 他们指出Eg在1 2 1 6eV范围内的材料具有最高的转换效率 20世纪60年代 Gobat等研制了第1个掺锌GaAs太阳电池 不过转化率不高 仅为9 10 远低于27 的理论值 20世纪70年代 IBM公司和前苏联Ioffe技术物理所等为代表的研究单位 使GaAs太阳电池的效率达16 不久 美国的HughesResearchLab及Spectrolab通过改进了LPE技术使得电池的平均效率达到18 并实现了批量生产 开创了高效率砷化镓太阳电池的新时代 20世纪80年代后 GaAs太阳电池技术经历了从LPE到MOCVD 从同质外延到异质外延 从单结到多结叠层结构的几个发展阶段 目前实验室最高效率已达到50 来自IBM公司数据 产业生产转化率可达30 以上 7 国内技术发展情况 20世纪70年代中期至90年代中期 采用LPE技术研制GaAs电池 效率可达20 1995年开始 国内开始采用MOCVD技术研制GaAs电池 十五 初期 单结GaAs Ge电池量产用于航天 量产平均效率达18 5 19 0 我国首次GaAs电池试验是在1988年9月时进行的 当时发射的FY21A星上 在卫星的太阳方阵帆板上使用了20mm 20mm 0 3mm单结GaAs电池 取得较好效果 2001年1月发射的 神舟3号 飞船和2002年5月发射的 海洋21 卫星上 也应用了单结GaAs电池2011年发射的神舟八号和天宫一号采用了更高效的三结砷化镓太阳能电池国内目前砷化镓基电池研发及制造水平基本和国外持平研发机构有中电18所 818所 中国航天科技集团上海空间电源研究所制造企业有三安光电 乾照 中山德华芯片 8 砷化镓太阳能电池未来发展趋势 空间用砷化镓太阳能电池技术发展趋势 未来空间用砷化镓太阳能电池的技术发展 将以提高电池产品光电转换效率和提高抗辐射能力为主要方向 地面聚光砷化镓太阳能电池技术发展趋势 未来地面聚光砷化镓太阳能电池的技术发展 主要以提高电池芯片光电转换效率 更高聚光倍数电池的研制 提高聚光组件聚光效率和研发更高效的追踪技术为主要方向 03砷化镓太阳能电池产业发展现状 9 10 砷化镓太阳能电池产业发展现状 就世界的角度来说 砷化镓太阳能电池主要还是应用在宇宙空间探测利用等方面 在地面使用较少 目前全世界专业制作砷化镓聚光电池的工厂有美国的Emcore SpectroLab 波音的子公司 和德国的AzurSpace等 2007年8月开始 由于聚光技术的采用 砷化镓电池从卫星上的使用转变为聚光的太阳能发电站的规模应用 为此 Emcore公司花了1000万美元 将产能增加到目前的每年150兆瓦 在2008年 全球的砷化镓电池的生产取得突破性的发展 4月 作为砷化镓生产的全球主要厂家之一SpectroLab 获得350兆瓦 9300万美元 1000倍聚光 的电站订单 在东亚地区 也有初步的生产推广 2008年5月 韩国电站就接到70兆瓦 2800万美元 500倍聚光 的订单 11 砷化镓电池产业发展遇到的问题 镓元素全球储量不多 大概在两百万吨 中国约占一半 开采难度大 由于半导体材料对纯度的要求很高 目前世界上掌握这样提纯技术的国家仅有美国 德国和日本少数几个 由于技术的垄断 对扩大再生产构成限制 总体上增加了制备费用 砷化镓的另一个组分砷有毒 对于环境安全和生产工人自身身体安全都是一个不小的威胁 砷化镓电池由于自身物理因素的限制 脆性 一般制成带衬底的薄膜电池 需要构造隧道结和防止形成寄生的p n结 这增加了技术的难度 由于砷化镓电池的高转化率 常把其制成高聚光电池 存在需要追日跟踪系统的问题 而且由于各地区的日照条件不一样 增加系统的复杂度和实施的难度国内市场都集中在多晶硅市场 90 以上原料依赖进口 90 以上产品依赖出口 整个光伏产业会缺乏动力需求 这对砷化镓电池产业的发展来说也是不利的 对于砷化镓光伏电池 民众认知度不够 媒介和研究机构的宣传推广工作有些不力 国家府策支持在光伏产业方面比较宏观 目前还没有做到对光伏电池行业进行分类别对待 支持产业发展 在成本竞争不具备优势的情况下 策支持的不力使砷化镓产业化推进缓慢 以上这些原因的综合出现 对砷化镓电池产业的发展造成了障碍 12 砷化镓太阳能电池产业的行业壁垒