砷化镓薄膜电池聚光技术
砷化镓太阳能电池研究报告 材五第三组
砷化镓太阳能电池研究报告摘要：美国的阿尔塔设备公司使用外延层剥离技术，用砷化镓制造出了最高转化效率达28.4%的薄膜太阳能电池。
这种电池不仅打破了此前的转化效率，其成本也低于其他太阳能电池。
该太阳能电池效率提升的关键并非是让其吸收更多光子而是让其释放出更多光子，未来用砷化镓制造的太阳能电池有望突破能效转化记录的极限。
目前效率最高的商用太阳能电池由单晶硅圆制造，最高转化效率为23%。
砷化镓虽然比硅贵，但其收集光子的效率更高。
就性价比而言，砷化镓是制造太阳能电池的理想材料。
1.砷化镓结构及光电性能砷化镓属于Ⅲ－Ⅴ族化合物，是一种重要的半导体材料，化学式GaAs，分子量144.63，属闪锌矿型晶格结构，晶格常数5.65×10-10m，熔点1237℃。
在300 K 时，砷化镓材料禁带宽度为1.42 eV，如图1。
图1砷化镓能带结构简图砷化镓在自然条件下的结晶态通常具有两种晶体结构：闪锌矿结构或正斜方晶结构。
其中．正斜方晶结构的GaAs只能在高压下获得，闪锌矿结构是室温下GaAs 的最稳定构型。
闪锌矿的晶体构如图2所示。
图2 砷化镓晶体闪锌矿结构闪锌矿的GaAs晶体结构属立方晶系F43m空间群，晶格常数a=O 56535nm．配位数Z=4。
如图2所示的GaAs结构是立方面心格子，Ga2+位于立方面心的结点位置．As交错地分布于立方体内的l／8小立方体的中心，每个Ga2+周围有4个As与之成键．同样，每个As2-。
周围有4个Ga2+，阴阳离子的配位数都是4。
如果将As2-看成是作立方紧密堆积，则Ga2+充填于l／2的四面体空隙。
而正斜方晶结构在高压下才能获得，在温度为300K时，随着压强的增加，GaAs发生从闪锌矿结构GaAs 到正斜方晶GaAs．II的相变。
图3砷化镓能带结构图砷化镓是典型的直接跃迁型能带结构，其能带结构如图3所示。
砷化镓的价带极大值位于布里渊区中心k＝O处；导带极小值也位于k＝0的逊，等能面为球面。
砷化镓在光伏中的应用
砷化镓在光伏中的应用砷化镓（GaAs）是一种半导体材料，它具有良好的电子和热导性能，高热稳定性，以及特殊特性，如可见光到紫外线的吸收和发射。
这使得它成为一种理想的材料，可用于光伏电池（PV），即用于将太阳能转化为电能（采用太阳能的技术称为太阳能）的电池。
太阳能电池的组成部分是被称为太阳能转换元件的物质。
这些元件不仅仅是用于捕获太阳能，而且还负责将太阳能转化为电能。
砷化镓正是这些方面的理想材料：它可以捕获并将可见光和紫外线能量转换为电子和空穴，从而实现电能转换。
砷化镓对太阳能电池的影响既显著又多样。
首先，它具有较高的光电转换效率。
根据研究，太阳能电池和太阳能转换元件使用的砷化镓的光电转换效率可达40％。
该效率比太阳能电池使用的其他材料（如硅）高得多。
此外，砷化镓具有高光衰减量和良好的稳定性，对太阳能电池发挥重要作用。
其次，砷化镓具有低成本和高性能的优势，可有效提高太阳能电池的性价比。
太阳能电池使用砷化镓片可将成本降低一半，同时保持高效率。
此外，砷化镓还具有良好的热稳定性，可以有效防止太阳能电池过热，因此可以提高太阳能市场的竞争力和节能效果。
此外，砷化镓还具有高可靠性和高稳定性。
太阳能电池使用的砷化镓元件可以维持高的稳定性，可以有效防止太阳能电池的可靠性下降，从而可以使太阳能发电更加经济高效。
总之，砷化镓作为太阳能电池的主要材料，具有低成本、高效率和可靠性，因而在光伏行业中具有重要意义。
砷化镓不仅可以提高太阳能电池的光电转换效率，还可以降低成本，提高可靠性，有效抵抗太阳能电池过热，可以有效提高太阳能电池的工作效率。
砷化镓将深刻影响太阳能电池的发展，并促进光伏行业的发展。
聚光技术在太阳电池阵中的应用
比较两种常用的反射材料，铝的反射率在Ｓｉ太阳电池响应的波长范围内只有８５％的左右【５Ｊ（对于
多结砷化镓太阳电池可以达到９０％左右），而且在Ｏ．８９ｍ波长处反射曲线有一个尖锐的下跌，这对于多 结砷化镓太阳电池是非常不利的。银的反射率高于铝，在９２％以上，而且也没有铝的反射曲线的下跌，
但是银在空气中容易氧化，。在低轨道使用时必须考虑防原子氧的问题。
一１１２一
对于图２的情况，聚光倍数：
（１—４鱼ｃｏｓ口）ｘＲ
（３）
口
根据计算，当Ｒ＝Ｉ时，对于图ｌ的情况，最大聚光倍数为３，图２情况最大聚光倍数为５。
３聚光太阳电池阵技术分析
３．１太阳电池
·
太阳电池是聚光太阳电池阵的关键部分，它的性能决定了整个方阵的性能。与一个太阳常数下太
阳电池的行为相比，低聚光倍数下太阳电池的行为变化不大，只是随着光强的增加太阳电池的电流输
本文链接：/Conference_6251526.aspx
聚光技术在太阳电池阵中的应用
郭增良孙彦铮徐寿岩井琦崔鹏尹兴月 中国电子科技集团公司第十八研究所
摘 要：近年来，多结砷化镓太阳电池发展迅速，但与单晶硅太阳电池相比，其成本和质量要高 许多，因此不能得到广泛的应用。为了降低空间飞行器太阳电池阵的成本及重量，国际上已经有 卫星采用平面反射式聚光太阳电池阵作为发电系统。通过反射板对太阳光的反射，增加太阳电池 的入射光强，使同样面积的太阳电池输出功率增加。目前，空间应用较多的是槽式平面反射聚光 太阳电池阵，反射板安装一般有两种方式，一种是在太阳电池阵的两侧安装，直接反射照射在太 阳电池板两侧的太阳光；另一种是反射板安装在基板上，将太阳电池镶嵌在反射板之间，提高太 阳电池上的光强。 关键字：反射式聚光太阳电池阵空间
聚光光伏技术及研究进展
聚光光伏技术及研究进展作者：王敬蕊陈锐蔡晓晨蒋碧蕾来源：《电子世界》2012年第21期聚光光伏技术是指利用光学元件将太阳光汇聚后，通过高转化效率的光伏电池（GaAs 基）直接转换为电能的技术，被认为是太阳能发电未来发展趋势的第三代技术，即聚光光伏（CPV）。
1.聚光光伏技术概述GaAs基太阳能电池可分为单结和多结叠层式太阳能电池两类。
GaAs、Ge单结太阳电池理论效率27%，实验室效率达到25.8%；多结叠层太阳能电池效率理论效率能够达到63%，目前实验室效率达到43%。
CPV可以按汇聚太阳光的方式不同分为两个大类，即采用镜面聚光的反射式和采用透镜聚光的透射式，其结构可参见图1。
目前各大生产厂家的CPV系统具有多种不同的表现形式，但其结构均离不开四大部分，即：聚光模块、光电转换模块（光伏电池）、太阳追踪模块、冷却模块。
各部分的成本构成如图2所示：（1）GaAs基太阳能电池的优势①规模化潜力较大：CPV技术因其具有光电转化效率高等特点，是未来发展大型支撑电源的最理想的太阳能发电技术。
②成本下降空间巨大：与晶硅和薄膜太阳能发电技术建设成本1.6美元/瓦相比，CPV目前3～4美元/瓦的建设成本并无优势，但作为一项新兴技术，随着生产规模的扩大、电池效率的提高、聚光模块的改进等，成本有巨大的下降空间。
③占地面积小：在同等发电量的情况下，CPV电厂的土地占用面积比平板式太阳能要小得多。
CPV系统由支柱承载其主要结构体，占地面积极小，且由于系统在地面产生的阴影面积是移动的，所以对电厂所在地的生态影响也较小，面板下方的土地仍然可以用于畜牧等用途。
④能量回收期短：聚光组件的效率比晶硅和薄膜组件大大提高，建设想同规模的电站，所需的半导体材料大大减少，因而能量回收期大大缩短。
（2）GaAs基太阳能电池的劣势技术和规模化进度存在不确定性：作为一项正在由实验室走向工程化的新技术，CPV的技术路线尚未定型，产业链也未形成；材料昂贵，成本上无优势，另外CPV系统建设地区对太阳光照条件有较高的要求，不利于大规模推广。
砷化镓太阳能电池
砷化镓太阳能电池
砷化镓太阳能电池是一种利用砷化镓材料制造的高效率光电转换设备。
砷化镓
材料具有优秀的光电性能，使得砷化镓太阳能电池在太阳能转换效率方面具有巨大优势。
砷化镓太阳能电池的结构
砷化镓太阳能电池的基本结构包括p型和n型半导体材料的层叠组合。
在制造过程中，首先在高纯度的砷化镓基片上生长n型砷化镓外延层，接着在外延层上
生长p型砷化镓外延层。
形成p-n结后，通过薄表面氧化层来增强电场，提高光
电转换效率。
砷化镓太阳能电池的优势
1.高效率：砷化镓太阳能电池的转换效率高于其他材料制成的太阳能
电池，可以在光照较弱的情况下获得更高的输出功率。
2.稳定性：砷化镓材料具有良好的抗辐照性能，不易受环境影响，具
有长期稳定的特点。
3.薄膜制备：砷化镓太阳能电池可以采用薄膜制备技术，使得制造成
本较低且适合大面积生产。
砷化镓太阳能电池的应用前景
砷化镓太阳能电池在光伏领域有着广泛的应用前景。
随着清洁能源需求的增长，研究人员正在不断改进制备工艺和材料性能，以提高砷化镓太阳能电池的效率和稳定性。
未来，砷化镓太阳能电池有望在城市建筑、无人机、航天等领域得到广泛应用，为减少对传统能源的依赖和减少环境污染做出重要贡献。
结语
砷化镓太阳能电池作为一种高效率、稳定性强的光电转换设备，具有巨大的应
用潜力。
随着技术不断进步和成本不断降低，砷化镓太阳能电池将在未来的清洁能源领域发挥重要作用。
希望通过持续的研究和创新，能够推动砷化镓太阳能电池技术的发展，实现可持续能源的目标。
三结砷化镓太阳电池吸收光谱
三结砷化镓太阳电池吸收光谱
三结砷化镓太阳电池是一种高效的光伏器件，其在光谱吸收方面具有很高的性能。
砷化镓太阳电池能够吸收可见光和近红外光谱范围内的光线，具有较高的光电转换效率。
具体来说，砷化镓太阳电池在波长范围为300纳米到1800纳米的光谱中表现出色。
这使得它在太阳能转换方面具有很大的潜力。
砷化镓太阳电池的高效光谱吸收主要归功于砷化镓材料的优异特性。
砷化镓具有较大的带隙能隙，这意味着它能够吸收较高能量的光子，包括可见光和近红外光线。
这使得砷化镓太阳电池在光谱吸收方面具有优势，能够充分利用太阳光中的各种波长的光线。
此外，砷化镓太阳电池通常采用多层结构，其中包括三个不同材料的太阳能电池层，分别针对不同波长范围的光线进行吸收和转换。
这种多层结构使得砷化镓太阳电池能够更全面地吸收光谱中的各种波长，从而提高光电转换效率。
总的来说，砷化镓太阳电池在光谱吸收方面表现出色，其材料特性和多层结构使其能够高效地吸收可见光和近红外光谱范围内的
光线，具有很高的光电转换效率。
这使得砷化镓太阳电池成为一种非常有前景的太阳能电池技术。
薄膜太阳能电池 砷化镓 毒
薄膜太阳能电池砷化镓毒
薄膜太阳能电池是一种半导体光伏电池，采用了薄膜技术制成。
其中，砷化镓是一种常用的薄膜太阳能电池材料。
砷化镓（GaAs）是一种具有极高导电性和光吸收能力的半导体材料。
它具有非常优异的太阳能电池特性，包括高转换效率、长寿命等。
因此，在太阳能电池行业中，砷化镓被广泛应用于高效、高性能的薄膜太阳能电池中。
然而，虽然砷化镓具有优异的电池特性，但它也具有一定的毒性。
砷化镓的毒性主要体现在其化学成分和物理性质上。
首先，砷化镓是一种含有砷元素的半导体材料。
砷是一种有毒元素，具有剧毒和致癌性。
因此，直接接触砷化镓物质可能对人体健康造成不良影响。
其次，砷化镓在制备过程中会释放出有害气体。
例如，在GaAs的生长过程中，会释放出有毒气体arsine（AsH3），这种气体对人体的呼吸系统产生刺激性作用，甚至可能导致窒息。
再者，砷化镓具有易挥发性。
在处理砷化镓材料时，很容易产生微粒或热蒸发物，这些挥发物会污染环境、影响人类健康。
为了降低砷化镓的毒性，当前工业上采取了多种措施。
例如，在生产过程中，可以采用闭合系统、防爆装置等措施，有效减少对工人的伤害。
同时，在对砷化镓进行处理时，放置在高效的通风系统下，将产生的有毒气体排出室外，也可以避免对环境造成污染。
此外，为了保护人类健康和环境，相关行业在制定标准时也采取了严格措施。
例如，制定了限制砷化镓浓度、防止砷化镓污染环境的标准和法规，加强了工艺和设备的监管和管理。
薄膜电池附股
薄膜电池附股首富薄膜电池炒作高潮来临，挖掘第三波（附股）长话短说，看了我关于首富系列的都知道前因后果，这里就不再细表了。
盘面上，今天三大龙头强势封板，代表首富薄膜电池概念正式进入大资金视野，今日龙一乐凯胶片(15.71,1.43,10.01%)：航天科工集团膜平台，院士领衔膜电池研发已达五年之久，随时放大招，科工集团旗下811研究所致力研发宇宙空间飞行器太阳能电池，世界顶级水准，一旦民用，注入135的想象空间巨大。
龙二乾照光电(16.490,1.50,10.01%)：以自主研发和拥有的多项MOCVD核心技术进行三结砷化镓太阳能电池外延片生产,是国内最大的能够批量生产且用于空间的三结砷化镓太阳能电池外延片供应商之一。
今日龙三哈高科(9.87,0.90,10.03%)（总龙头）：持有普尼太阳能31.07％股权，系汉能同行。
其他已挖掘不一一列表叙述。
根据盘面情况，技术路线分为CIGS和GAGS两条路，分别是铜铟镓硒和砷化镓电池，新挖两只概念股代表各自路线的延续：砷化镓电池路线代表股三安光电(18.11,0.08,0.44%)（600703）：砷化镓电池原材料昂贵，为了降低其发电成本，普遍采取的有效途径之一就是研发和应用砷化镓薄膜电池聚光发电系统，砷化镓电池又可以直接说为高倍聚光砷化镓电池。
早在2011年，三安光电控股子公司日芯光伏与美方合资的高倍聚光光伏产业化项目在安徽淮南开工。
据介绍，该项目建成后将成为世界上规模最大、技术最先进的高倍聚光光伏发电系统及组件生产基地。
日芯光伏高倍聚光光伏产业化项目总投资人民币80亿元，分三期建设。
建成芯片封装、接收器组装、高倍聚光模组制造、测试、系统组装的高倍聚光光伏发电系统及组件全过程自动化生产线，设计为年产1000MW高倍聚光光伏发电系统及组件的生产能力。
铜铟镓硒电池路线代表股四方股份(19.37,0.05,0.26%)（601126）：2015年3月5日发布公告设立北京四方创能光电科技有限公司，公司拟在实验室阶段取得稳定成果的基础上,进一步验证铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池组件连续化生产的可靠性,并形成批量生产能力,为实现大规模产线设备国产化、产业化、系列化,全面进入市场推广销售奠定坚实基础。
砷化镓太阳能电池发展趋势
转化效率
砷化镓(GaAs)III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想 的光学带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热不敏感，适合于制造高效 单结电池。
砷化镓太阳能电池的发展趋势
目前的发展情况
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。
制备方法
砷化镓需要采用磊晶技术制造，这种磊晶圆的直径通常为4—6英寸，比硅晶圆的 12英寸要小得多。磊晶圆需要特殊的机台，同时砷化镓原材料成本高出硅很多， 最终导致砷化镓成品IC成本比较高。磊晶目前有两种，一种是化学的MOCVD，一 种是物理的MBE。GaAs等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LPE技术， 其中MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错，反应压力，III-V比率，总流量等 诸多参数的影响。 GaAs(砷化镓)光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。 用GaAs作衬底的光电池效率高达29.5%(一般在19.5%左右) ，产品耐高温和辐射， 但生产成本高，产量受限，目前主要作空间电源用。
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。
目前应用
砷化镓太阳能电池发展趋势
目录
一、砷化镓太阳能电池简介 定义及制造方法 制备方法 转化效率 二、砷化镓太阳能电池的发展趋势 目前发展情况 目前应用 发展趋势和壁垒
第三代太阳能技术高聚光HCPV与聚光CPV附股
第三代太阳能技术高聚光HCPV与聚光CPV 附股使用晶硅电池和薄膜电池进行光电转换，分别是第一、第二代太阳能利用技术，均已得到了广泛应用。
利用光学组件将太阳光汇聚后，再进行利用发电的聚光太阳能技术，即高效的CPV系统发电，被认为是太阳能发电未来发展趋势的第三代技术。
与前两代电池相比，CPV采用多结的III-V族化合物电池，具有大光谱吸收、高转换效率等优点。
聚光型太阳能(ConcentratorPhotovoltaic,CPV)是指将汇聚后的太阳光通过高转化效率的太阳能电池直接转换为电能的技术，CPV是聚光太阳能发电技术中最典型的代表。
与晶硅和薄膜型平板式太阳能发电系统相比，CPV因其高转换效率和小得多的半导体材料用量，是最具有发展成为大型支撑电源潜力的太阳能发电方式。
通过简单复制的规模化部署，单一CPV电厂可以轻易达到MW 级规模，未来这一数字甚至有望达到100MW。
HCPV就是高聚光太阳能，高聚光太阳能(HCPV)与聚光(CPV)太阳能技术是通过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(焦斑)，太阳能电池仅需焦斑面积的大小即可，从而大幅减太阳能电池的用量。
一、CPV系统优势1、CPV系统具有转换率优势和耐高温性能。
硅电池的理论转换效率大概为23%，单结的砷化镓电池理论转换效率可达27%，CPV采用的多结的III-V族电池对光谱进行了更全面的吸收，其理论转换率可超过50%。
即使考虑到聚光和追踪所产生的误差损失，目前的CPV系统转换效率可达25%，高于目前市售晶硅电池17%左右的转换效率。
同时，砷化镓系电池的高温衰减性能强于硅系电池，更适合应用于日照强烈的荒漠地区。
同时，CPV系统的生产过程更加节能环保。
聚光倍数越大，所需的光伏电池面积越小，对高达几百倍的HCPV系统来说，硬币大小的转换电池就可转换碗口面积的光能。
在节省半导体材料用量的同时，降低了太阳能发电系统的生产成本和能耗，使CPV具有更短的能量回收期。
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砷化镓薄膜电池聚光技术
随着全球化石能源的日渐枯竭和人类环保意识的
逐步增强，以光伏为核心的太阳能发电事业近年来有了快速发展。
但光伏电力比传统火电价格高达4-6倍以上，完全市场化运营特别是为普通老百姓所接受还有一定困难。
根据最近刚刚结束的京都议定书修改，未来高耗能产品输出将受到严格限制。
生产过程须高耗能的单、多晶硅太阳能电池将面临严苛挑战。
而具环保低耗能且发电转换效率更高的砷化鎵太阳能电池，估计将逐渐取代晶硅太阳能电池市场。
目前市场上量产的单晶与多晶硅的太阳电池平均效率约在15％上下，为了提炼晶硅原料，需要花费极高的能源，所以严格地说，现今的晶硅太阳电池，也是某种型式的浪费能源。
而砷化鎵太阳能电池，由于原料取得不需使用太多能源，而且光电转换效率高达38％以上，比传统晶硅原料高出许多，符合修改后的京都议定书规范，估计未来将成市场主流。
为了解决这一问题，人们不得不把眼光盯向薄膜电池，使近年薄膜电池异军突起，引起投资者的极大兴趣。
但薄膜电池光电转换效率相对较低，特别是砷化镓薄膜电池价格昂贵，目前仅在空间领域应用，给光伏产业的大规模发展带来一定制约。
而采用砷化镓薄膜电池聚光跟踪发电系统即所谓HCPV系统，却能实现光热与光伏的综合利用，并充分降低
生产成本、提高转换效率，为光伏产业更大发展开辟新的市场空间。
一、砷化镓薄膜电池聚光跟踪发电系统的基本构想
在光伏发电产业中，单晶硅和多晶硅等硅基光伏电池几乎占到全部产量的94%以上。
由于近年太阳能级硅材料供不应求，且持续大幅度涨价，在一定程度上制约了硅基光伏电池的发展。
因此，如何提高光伏电池的转换效率和降低光伏电池的生产成本，成为目前光伏产业必须研究和解决的核心问题。
人们一方面在研究和扩大太阳能级硅材料的生产，另一方面又在研究和推广不用或少用硅材料来生产新的光伏
电池。
在这样一种背景下，非晶硅、硫化镉、碲化镉及铜铟硒等薄膜电池应运而生，乘势发展。
上述光伏电池中，非晶硅电池效率低下，且稳定性有待提高。
尽管硫化镉、碲化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜电池效率高，成本较晶体硅电池低，且易于大规模生产，但是镉有剧毒，会对环境造成严重污染，硒和铟是储量很少的稀有元素，因此大规模发展必将受到材料制约。
而砷化镓化合物材料具有十分理想的禁带宽度以及较高的光吸收效率，适合于制造高效电池。
此外，还可以通过叠层技术做成多结砷化镓基电池，以进一步提高转换效率。
但是，由于砷化镓基材料价格昂贵，砷化镓薄膜电池目前只在航天等特殊领域应用，离地面应用的商业化运行还有很大距离。