漢能的「砷化鎵太陽能電池」優劣在哪?

2020-12-01 雷鋒網

7月2日晚上，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——Solar O、Solar A、Solar R以及Solar L，根據漢能方面介紹，這四款車均採用了「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，並且實際轉化率不高，用在汽車上更是讓人覺得不靠譜，那麼漢能所說的這種「砷化鎵薄膜太陽能電池技術」到底是什麼呢？

▎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，目前主要應用於光伏發電的電池大都是基於半導體技術，在早前一代已經成熟的太陽能電池技術中，晶矽電池佔著主導地位，但是隨著技術的演進和晶矽電池的局限，薄膜電池慢慢的成為了新一代的太陽能電池演進方向。傳統的晶矽電池是以高純的晶矽棒為原料製成太陽能電池， 而薄膜電池屬於非晶矽結構,而砷化鎵（GaAs）則是其中的一種。

GaAs屬於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。與矽太陽電池相比，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，差不多比晶矽高一倍，這屬於砷化鎵天生的優越屬性，在晶矽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於汽車外觀設計與製造的重要因素。另外，由於其可塑性強，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，目前的矽光電池在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於矽光電池，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，這對於實時有電流充放並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

晶體矽光伏系統對光的敏感度並不是很高，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於陽光充足的時候。

劣勢

成本高昂

漢能並不是首先開始研究砷化鎵電池的企業，砷化鎵電池由於在相對高溫情況下的優越性能，一出現就飽受關注，包括很多航空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矽光電池要高出很多的。

首先，由於砷化鎵生產方式和傳統的矽晶圓生產方式大不相同，砷化鎵需要採用磊晶技術製造，這種磊晶圓的直徑通常為4—6英寸，比矽晶圓的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矽很多，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於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，所以一般廠家會採用低標的辦法去銷售衝減。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。

封裝複雜

砷化鎵較矽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，通常的做法是把其製成薄膜，並使用襯底（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複雜度。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，其實算是代替矽光電池嘗試的一種。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，對於光伏電池來說，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，還得以後再看。

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