二、硅到Ⅲ-Ⅴ族--太阳能技术的转变

　　几十年来，基于单晶硅电池的聚光光伏技术并没有得到大力发展，主要受制于单晶硅电池的低效率和温度特性差。而GaAs及相关化合物Ⅲ-Ⅴ族太阳电池因其高光电转换效率而越来越受到关注。现在，Emcore的GaAs高频多结太阳能电池的效率约36%，Spectrolab的光电系统达到历史上最高水平，为40.7%，未来十年它将会达到45%。作为比较，多结硅电池的转换效率纪录仅是24.7%，而国内企业的记录一般是17%。

　　虽然三结GaAs电池比单晶硅电池贵几十倍甚至上百倍，对于空间用应用来说，性能和可靠性比价格更重要，这种电池已经替代硅电池成为空间光伏电源主流。同时，技术和工艺还在持续改进，空间用高效三结GalnP/GaAs/Ge电池的平均效率已经达到28%，最高效率超过30%。

　　三、全球高效率太阳能用锗晶片生产情况及产量预测

　　目前，全球高效率太阳能用锗晶片的生厂主要集中在比利时的优美可(Umicore)公司和美国的AXT公司，美国AXT公司2005～2007年分别从锗基板中收入达到了4.2、90.9和222.5万美元，该公司还计划在2012年使GaAs和Ge基板收入达到676万美元。随着三结太阳能电池技术的发展和成本的降低，使用锗晶片做基板的三结太阳能电池的需求会越来越强，全球高效率太阳能电池用锗晶片未来五年的增长率按30%估计，未来几年太阳能电池用锗晶片产量如下：

表2  2008～2020年全球太阳能电池用锗晶片产量预测

　　四、全球高效率太阳能用锗晶片需求量预测

　　目前，以锗晶片为基板的高效率太阳能电池主要用于如卫星等空间供电电源中，根据卫星大小的不同，普通卫星大约需要高效太阳能电池用锗晶片约6000～15000片，大型卫星的太阳能用锗晶片将达到数万片，空间站的建立及维护所需要的太阳能用锗晶片数量更为巨大，在地面光伏发电市场也有部分采用。据《化合物半导体与光电技术》2007年5月刊《太阳能电力:无限商机的太阳能》一文指出，目前三结太阳能电池在空间供电电源中的应用比例占到了80%，地面光伏市场非硅技术所占比例现在为9%，2010年有望达到20%。有研究表明，在地面光伏市场发电技术中，使用三结太阳能电池约占非硅技术的40%左右。在未来5～10年，按使用锗基板的三结太阳能电池占空间供电电源的比例2010年达到90%，地面非硅技术发电2010年占20%测算，未来5～10年全球卫星对高效率太阳能电池用锗晶片需求量、地面光伏市场对高效率太阳能电池用锗晶片需求量及总体需求量如下：

表3  2008～2020年全球高效太阳能电池用锗晶片需求量预测

　　以我国来说，以锗晶片为基板的三结太阳能电池主要用于卫星，目前因成本过高，地面光伏市场应用程度较低，据中国航天科技集团公司副总经理马兴瑞曾在中国国际航空航天高峰论坛上透露，“十一五”期间，中国将研制近100颗空间飞行器，包括通信广播卫星、地球资源卫星、返回式卫星、气象卫星、导航卫星和科学试验卫星六大系列。另根据2007年9月发布的我国《可再生能源中长期发展规划》，2005年底，我国光伏发电的总装机容量为7万千瓦，到2010年，太阳能发电总容量达到30万千瓦，到2020年达到180万千瓦。

　　按我国卫星供电电源与全球相同，到2010年约有90%采用锗晶片为基板的三结太阳能电池，地面光伏市场采用以锗晶片为基板的三结太阳能电池占整个地面光伏市场的比例约为5%左右，，我国太阳能电池用锗晶片的需求量如下：

表4  2008～2020年我国高效太阳能电池用锗晶片需求量预测

    五、高效率太阳能电池用锗晶片的发展展望

　　(一)以锗晶片为基板的三结太阳能电池在空间的应用将进一步加强，但未来需求将趋于稳定

　　以锗晶片为基板的三结太阳能电池因其性能好，光电转换率高，而越来越被各国运用到空间供电电源中。自上世纪80年代初以来，国外在航天飞行器空间主电源，尤其是在小卫星空间电源系统中开始应用GaAs太阳电池，GaAs组件所占比例逐渐增。在未来20年内，美国航天航天局在航天飞行器的空间主要电源中将大量采用聚光砷化稼太阳电池。目前，全球在空间供电电源中已超过80%的比例采用了以锗晶片为基板的砷化稼太阳电池。可以预计在未来3～5年，这一比例将会提高到近100%。但由于卫星的研制是一项耗时耗力的工程，需要较长的时间要求，加上地球同步卫星轨道的限制，未来五年人造卫星的发射量将会趋于稳定，每年大致在30～40颗左右，这样对高效太阳能电池用锗晶片的需求量最多为80万片，而目前各国由于使用锗晶片的三结太阳能聚光光伏电池成本较高，地面光伏市场总体来说较难推广，太阳能电池用锗晶片主要仍是提供人造卫星使用。但目前的生产量已基本能满足空间使用的需要，因此，在地面光伏市场的使用量能否提高仍未知的情况下，发展太阳能电池用锗晶片有着一定的风险。

　　(二)地面光伏市场对太阳能电池用锗晶片有着较大的需求潜力

　　目前，随着世界各国对可再生能源的重视，地面太阳能光伏产业正以迅猛的速度发展，但采用的主要太阳能电池生产原料仍是硅晶片，以锗晶片为基板的三结电池尽管性能好，光电转换率高，但由于成本的因素，其在地面光伏市场的发展受到很大的制约。未来随着科学技术的发展，三结太阳能电池的制造成本也将会有下降的可能，这样，地面光伏市场对太阳能电池用锗晶片的需求就将会有较大的潜力，按照目前地面太阳能光伏市场的发展趋势，三结太阳能电池在整个地面光伏市场的运用的比例哪怕提高1%，都有可能带来几十万片到百万片的需求量。

　　(三)高效三结太阳能电池有望在军事装备中得到大面积应用

　　尽管科技在不断进步，备用电池仍然占据了战场上士兵100磅负重的五分之一，他们的包袱包括背包、武器、保护装备和一整套电子装置。这些电池是为保命用的电子元件提供电力，但是它的重量仍然阻碍了前进并加重了攻击弱点。美军在一份计划中设想：到2025年，任何一名美军士兵可以在任何地方补充燃料和电能。20世纪90年代中期，美军开始着力打造数字化部队，GPS、夜视仪、战场数据传输系统等大量数字化装备的配备，使得部队装备特别是单兵装备对电能的需求激增，随着武器系统日益复杂，士兵携带的电池也逐渐加重并成为严重的问题，只有依靠便携式太阳能电池才能解决这一问题。美国国防部高级研究计划署(DARPA)正在支持一个5,300万美元的项目来发展能够满足需要的高转换效率光伏电池。

作者：云南省科学技术情报研究院锗行业研究课题组