砷化镓薄膜电池聚光技术

2012-07-12 15:34

　　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。

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