砷化鎵太陽能電池砷化鎵簡介一種重要的半導體材料。由于其電子遷移率比硅大5～6倍，故在制作微波器件和高速數字電路方面得到重要應用。用砷化鎵制成的半導體器件具有高頻、高溫、低溫性能好、噪聲小、抗輻射能力強等優點。砷化鎵是半導體材料中,兼具多方面優點的材料,但用它制作的晶體三極管的放大倍數小，導熱性差，不適宜制作大功率器件。雖然砷化鎵具有優越的性能，但由于它在高溫下分解，故要生長理想化學配比的高純的單晶材料，技術上要求比較高。據專家介紹，砷化鎵可在一塊芯片上同時處理光電數據，因而被廣泛應用于遙控、手機、DVD計算機外設、照明等諸多光電子領域。另外，因其電子遷移率比硅高6倍，砷化鎵成為超高速、超高頻器件和集成電路的必需品。砷化鎵單晶片的價格大約相當于同尺寸硅單晶片的20至30倍。盡管價格不菲，目前國際上砷化鎵半導體的年銷售額仍在10億美元以上。２０世紀８０年代初，技術專家認為砷化鎵將在制造半導體中最終取代硅。這是因為電子在砷化鎵中運動的速度比在硅中運動的速度快５至１０倍。但砷化鎵比較難于制造和加工，在它上面組裝晶體管不能像在硅片上那樣密集，價格也高。以上來自百度百科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。與硅太陽電池相比，GaAs太陽電池具有較好的性能光電轉化率砷化鎵的禁帶較硅為寬，使得它的光譜響應性和空間太陽光譜匹配能力較硅好。目前，硅電池的理論效率大概為23％，而單結的砷化鎵電池理論效率達到27％，而多結的砷化鎵電池理論效率更超過50％。目前全世界專業制作砷化鎵聚光電池的工廠有美國的Emcore，SpectroLab（波音的子公司）和德國的AzurSpace等，中國的產業化推廣還未成形。單結，多結砷化鎵電池的區別砷化鎵太陽能電池包括單結砷化鎵太陽能電池和多結砷化鎵太陽能電池，單結砷化鎵太陽能電池的平均光電轉換效率約為20%，目前多結砷化鎵太陽能電池以三結為主，國際上光電轉化效率最高的空間用三結砷化鎵太陽能電池產品的實驗室光電轉化效率約為32%，地面用三結砷化鎵聚光電池的實驗室光電轉化效率為40.7%，三結砷化鎵太陽能電池已憑借高光電轉換效率、高抗輻射能力等優勢取代了單結砷化鎵太陽能電池，代表了砷化鎵太陽能電池的發展方向。單結砷化鎵太陽能電池與三結砷化鎵太陽能電池雖然原材料基本相同，但單結砷化鎵太陽能電池只有一個P-N結，一般只需要生長6-7層外延；三結砷化鎵太陽能電池有三個P-N結，一般需要生長近30層外延，外延結構復雜程度成倍增加。外延結構的設計、每一層外延生長質量都直接影響整個砷化鎵太陽能電池的性能。單結砷化鎵太陽能電池與三結砷化鎵太陽能電池的差異還主要體現在產品性能指標上：一般情況下，單結砷化鎵太陽能電池的電壓為1伏特，而三結砷化鎵太陽能電池的電壓可達到2.6伏特；單結砷化鎵太陽能電池的光電轉化效率約為20%，而三結砷化鎵太陽能電池的光電轉化效率可達到28%-29%。國內太陽能電池行業發展現狀2007-2008年，我國連續兩年成為全球太陽能電池產量最大的國家；截至2008年底，我國光伏發電累計裝機總量已超過20萬千瓦、太陽能光伏產業規模已突破1,000億元，但我國的太陽能電站發電裝機容量占全球比例不足1%。在產品結構上，目前國內用于發電的太陽能電池中仍以晶體硅太陽能電池為主，市場份額達90%；非晶硅薄膜太陽能電池發展迅速，市場份額占到6-7%；砷化鎵等化合物太陽能電池和納米太陽能電池等處于產業化初期階段，目前市場份額較小，但未來發展空間較大。入砷化鎵太陽能電池領域的主要壁壘進入砷化鎵太陽能電池領域的主要壁壘有：技術壁壘、資本壁壘和客戶資源壁壘。1、技術壁壘砷化鎵太陽能電池制造技術是集物理設計、工藝實施、設備、測試于一體的綜合技術，特別是三結砷化鎵太陽能電池外延片需要生長數十層外延材料。電池生產過程的工藝實施需要解決多個關鍵技術難題，每一項技術的應用都對電池性能具有決定意義；對MOCVD外延爐及其他產品測試設備的掌握，同樣影響著產品的生產效率與質量。每一個參數、每一項技術都是技術實力的積累與體現，沒有足夠的技術積累、沒有足夠的研發能力，是無法進入砷化鎵太陽能電池領域的。2、資本壁壘太陽能電池行業產業鏈包括電池原材料制造、電池外延片生長、太陽能電池芯片、太陽能電池組件和太陽能光伏系統等多個階段，每個階段又有諸多工序，各道工序都需要專業甚至特制的設備、工具，建設完整的生產線投資巨大，外延生長所需的AIXTRON2800型號的MOCVD外延爐單臺售價即超過人民幣1,500萬元，進入行業的資本壁壘明顯。3、客戶資源壁壘隨著太陽能電池技術進步，電池壽命不斷延長，先進入市場意味著將擁有更多的客戶資源，替代成本較高也使得企業客戶具有相當強的穩定性。空間用砷化鎵太陽能電池因其用途特殊，客戶高度集中，客戶對太陽能電池制造企業都執行嚴格的資格認證與審核，同時由于保密的原因以及各國普遍對砷化鎵太陽能電池實施禁運，取代特定客戶現有的供應商難度極大，客戶資源壁壘明顯。砷化鎵光伏電池有著較優的轉化效率，有明顯的發展優勢，應該成為一種有效的光伏發電途徑，但是，目前在中國產業化方面并不理想，出現了一些問題和阻礙。主要有以下幾個方面，一是制備費用高居不下，據文獻報道，砷化鎵晶片的制備費用約為10000$/m2，比常規的硅晶電池相比高出不少，當然，這是幾方面的因素造成的，一方面，由于鎵元素在全球的儲量不多，大概在兩百萬噸左右[7]（中國約占一半），而且開采難度大（一般為鋁土礦的伴生礦），在當今號召降低高耗能投資的要求下（電解鋁項目得到嚴格控制），短期內要擴大粗鎵的生產比較難。另一方面，由于半導體材料對純度的要求很高，對半導體用鎵的要求達到6―7個9，目前世界上掌握這樣提純技術的國家僅有美國、德國和日本少數幾個，由于技術的壟斷，對擴大再生產構成限制，總體上增加了制備費用。二是砷化鎵的另一個組分砷有毒，對于環境安全和生產工人自身身體安全都是一個不小的威脅，在沒有得到有力技術保證的前提下，一般的企業也不愿往這方面投產。第三，目前的砷化鎵電池由于自身物理因素的限制（脆性），一般制成帶襯底的薄膜電池，需要構造隧道結和防止形成寄生的p/n結[8]，這增加了技術的難度。第四，由于砷化鎵電池的高轉化率，常把其制成高聚光電池，當然，這一方面可以縮小耗材，對于降低成本有利，但是也存在需要追日跟蹤系統的問題，而且由于各地區的日照條件不一樣據了解，目前對追日跟蹤系統的要求也不一樣，也增加系統的復雜度和實施的難度[9]。第五，國內市場這幾年的注意力都集中在多晶硅市場，而且是進行的是一種90％以上原料依賴進口，90％以上產品依賴出口的一種模式，沒有把注意力集中到本土化光伏發電推廣，長此以往，整個光伏產業會缺乏動力需求，這對砷化鎵電池產業的發展來說也是不利的。第六，對于產業化來說，民眾認可是很重要的，這些年來，對于砷化鎵光伏電池，民眾認知度不夠，媒介和研究機構的宣傳推廣工作有些不力。第七是國家策，府策支持在光伏產業方面比較宏觀，目前還沒有做到對光伏電池行業進行分類別對待，支持產業發展，在成本競爭不具備優勢的情況下，策支持的不力使砷化鎵產業化推進緩慢。以上這些原因的綜合出現，對砷化鎵電池產業的發展造成了障礙。砷化鎵太陽能電池利潤水平的影響因素與變化趨勢目前，砷化鎵太陽能電池由于技術難度大、進入壁壘高，再加上用途特殊，需要嚴格確保產品性能，因此競爭較少，保持了較高的利潤水平；影響利潤水平的變化主要因素有市場需求與競爭狀況、原材料價格變動情況、技術創新與進步的速度等，預計未來利潤水平在一定時間內將保持穩定。隨著技術進步的加快、原材料價格的下降，砷化鎵太陽能電池的價格也將不斷下降，從而將帶動其應用范圍的不斷擴大，民用產品大規模采用砷化鎵太陽能電池的時間