神舟九号三结砷化镓光伏电池技术解析

　　超高效太阳能光伏电池

　　产生的电力比化石燃料更廉价

　　去年冬天，塞木普锐斯公司在太阳能领域里创造了一个重要的纪录：公司制造的太阳能光伏电池板能将近34%的光能转化成电力。传统的硅太阳能光伏电池板通常只能把不到15%的阳光转换成电能，硅太阳能光伏电池板的转化最高纪录是22.9%，这也就意味着塞木普锐斯公司制成了世界上最高效的太阳能电池板。

　　塞木普锐斯公司的三结电池是用砷化镓制成。尽管砷化镓价格远比硅材料要昂贵，但砷化镓可以更好地吸收阳光，远远胜过硅。低成本镜头把太阳光线聚焦到微型电池上，可聚集的太阳光达1100倍。而它们微小的尺寸只占整个太阳能电池组件面积的千分之一，有效地降低了模块的成本。此外，使用大量小型电池，有助于分散不必要的热量，如此便省去了价格昂贵的散热片。

　　该公司的太阳能电池模块计划在今年开始生产，公司表示，一旦规模化生产，这些模块将具有成本竞争力，公司廉价的电力将很快足以与其他煤炭、天然气电力公司相抗衡。

　　这是国际权威杂志麻省理工《技术评论》评选出的10项最重要的年度（2011年6月-2012年6月）新兴技术之一，评选的标准很简单：哪些技术能改变世界。该杂志最新一期刊登了“2012年度十大新兴科技”的名单，评选出的这些科技将对未来几年的创新发展起到最深远的影响。这些新兴科技涉及面广泛，包括计算、网络、新能源和生物医学。形式也是各有不同，其中一项新兴技术就是发现用于移动设备和电动汽车更好的电池材料的方法;另一项技术则是给予企业家们为新兴科技商业化筹集资金的新途径。这些突破都极有可能改变世界。

　　曾担任神九飞船的“伴郎”

　　6月16日18时49分，神舟九号飞船（下称“神九飞船”）发射升空，此次为神九飞船提供太阳能光伏电池阵的研发机构是位于天津的中国电子科技集团公司第十八研究所（下称“十八所”）。在接受记者采访时，十八所相关技术负责人表示，该所此前已为神舟一号飞船至神舟八号飞船，以及天宫一号卫星研制生产了高质量且性能可靠的电源产品。

　　“神九飞船太阳能光伏电池阵集成了神舟八号载人飞船的技术状态，采用了三结砷化镓太阳能电池作为基本发电单元，其平均光电转换效率、发电能力均已达到国际先进水平，能够为飞船提供充足的电能，确保各系统正常工作。”

　　砷化镓是重要的半导体材料，被用来制作微波集成电路、红外线发光二极管、半导体激光器和太阳电池等，砷化镓电池在航天领域的应用更普遍，探测火星表面的精神号和机会号机器人，采用的都是这种电池。

　　据中国可再生能源学会副理事长孟宪淦介绍，晶体硅太阳能光伏电池或者单结砷化镓太阳能电池，只能吸收特定光谱范围的太阳光，其转换效率不高。“而多结砷化镓太阳能电池，可通过不同材料层的叠加，使其分别选择性地吸收和转换太阳光谱的不同子域，这样就可以大幅度提高太阳能电池的光电转换效率。”

　　半导体中的贵族

　　揭开“砷化镓”的神秘面纱

　　砷化镓（galliumarsenide）化学式GaAs，黑灰色固体，熔点1238℃。它在600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不为非氧化性的酸侵蚀。因价格昂贵，砷化镓素有“半导体贵族”之称。

　　砷化镓到底有多贵?“在同样的环境下，用砷化镓制造的太阳能电池板发起电来每瓦需要数千元，而我们现在使用的多晶硅太阳能电池板每瓦的发电成本不会超过6元钱。”孟宪淦告诉记者。

　　虽然这位“半导体贵族”没有被普遍运用在发电领域，但可千万别小看它曾经爆发出的能量，早在20年前，它就已名震海内外。1991年，海湾战争爆发，砷化镓作为激光制导导弹的重要材料登上战争的舞台，中国有句老话叫做“百发百中”，以砷化镓为主要材料的光电转化技术以一定的规律控制武器的飞行方向、姿态、高度和速度，不仅能够“百发百中”，更在海湾战争中留下了“砷化镓打败钢铁”的美名。

　　2001年7月31日，中国科学家宣布掌握了砷化镓单晶生产技术，成为继日本、德国之后又一掌握此项技术的国家。但尽管砷化镓晶片的造价在不断的技术革新中有所下降，目前仍远远高于普通硅片。

　　十八所提供给本报的资料显示，为了提高神九飞船太阳能帆板有效布片面积的布片率，神九采用了大面积电池，其单体电池尺寸为39.8mm*60.4mm，是目前我国在轨应用单体面积最大的三结砷化镓太阳电池;该电池电路在对力学环境和热环境的适应性方面，均表现出良好的适应性。

　　据悉，目前某些国内企业正在从事将三结砷化镓太阳电池应用于地面的工作，通过减小电池的面积，用聚光材料把数百倍的太阳光聚焦到非常小的电池片上，以减少成本;此外还需要安装对日跟踪装置追随阳光踪迹，在聚光条件下其理论光电转换效率可达到40%。

　　“不过，目前三结砷化镓太阳电池工艺复杂、生产成本还非常高，还要解决很多问题，所以暂时难以进入大规模推广阶段。”据孟宪淦透露，目前三结砷化镓电池的成本高达数千元/瓦，远高于目前15元/瓦的普通多晶硅电池系统成本。然而，有业内人士预测，在未来几年，随着生产技术的持续进步，聚光型砷化镓太阳电池地面应用成本有望不断下降，并逐渐进入快速发展阶段。

　　来源：北极星太阳能光伏网