光伏业对锗的需求分析
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92
FhG-ISE(11/2004)
CIGS（薄膜）
21.5±1.5
0.102
14
NREL(02/2001)
GaInP/GaAs/Ge（2
34.7±1.7
0.267
333
端）
NREL(09/2003)
GaInP/GaInAs/Ge（2
39.3±2.3
0.378
179
端）
NREL(08/2006)
多结电 GaInP/GaInAs/Ge（2
卫星大约需要高效太阳能电池用锗晶片约 6000～15000 片，每颗大型卫星的太阳 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。预测 2010 年达到 90％采用以锗晶片为基板的三结太阳能电池，2010 年后预计以每年近 15%的增长，经测算，2010～2015 年空间卫星年需太阳能电池 用锗晶片数量见下表 4：
2008 年优美科公司销售四英寸太阳能电池用锗晶片约 50 万片。美国 AXT 公 司 2008 年销售四英寸太阳能电池用锗晶片约 30 万片。随着三结太阳能电池技术 的高速发展，预计全球高效率太阳能电池用锗晶片未来五年的年增长率将达到 30%。为此优美科公司和美国的 AXT 公司在 2008 年先后计划扩大生产能力一倍， 比利时优美科(Umicore)公司计划年产能力四英寸太阳能电池用锗晶片 100 万 片。美国 AXT 公司计划年产四英寸太阳能电池用锗晶片 60 万片。
40.7
－
池
端）
236
Spectrolab (12/2006)
GaInP/GaInAs/Ge（2
42.8-端）Fra bibliotek-特拉华大学（06/2007）
GaInP/GaInAs/Ge（2
40.0
-
端）
--
ISE/RWE（10/2008）
子组件
GaInP/GaAs/Ge
27.0±1.5
34
10
NREL(05/2000)
上述项目均已启动地面试验研究，使未来空间需求将大幅增长。
（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
在各国政府的大力支持下，以及光伏市场的需求和聚光光伏技术迅猛提高的 趋势下，高效、低廉、可靠、稳定的聚光光伏发电系统正在逐步走向产业化，太 阳能产业的持续发展，对转换效率和成本必将提出更高的要求。而这些要求只能 通过第三代太阳能技术来实现。从图 3 所给出的三代太阳能电池的成本和转换效 率区间图可以看出，第三代太阳能电池转换效率最高可以接近 60%，而成本只在 10 美分/瓦到 50 美分/瓦之间，相当于目前主流技术的 1/30 到 1/6。
图 1 1990 年-2007 年全球太阳能电池产量图
图 2 2006-2012 年全球太阳能电池产量及产能增长预测图
图 3 2006-2012 年薄膜光伏技术比例快速增长图
二、高效率太阳能电池技术的发展和现状 自六十年代第一代晶体硅太阳电池研制成功，经过各国光伏工作者的不懈努 力，到目前为止，第一代晶体硅太阳电池的实验室效率达到了 24.7％，大规模 生产商用产品的效率为 17％以上。尽管如此，由于受单晶硅材料价格及繁琐的
3-5 美元/cm2
聚光光伏技术如能切实降低成本，并付诸应用，将在世界范围内改变电力的 产生方式，进而改变世界的能源结构。
三、全球太阳能电池用锗晶片生产情况及产量预测
锗是典型的稀散金属，是一种极为重要的战略资源，在保障国家安全和国民 经济建设中具有重要作用。全世界可供开采的锗资源比较缺乏，已探明的锗资源 储量 8600 吨，我国锗资源储量 6100 吨居世界第一。
表 3 2009-2015 年全球太阳能电池用 4 英寸锗晶片产量/产能预测
2009 年
2010 年
2011 年
2012 年
2013 年
2014 年
2015 年
150 万片 195 万片
253.5 万片
329.55 万片
428.42 万片
556.94 万片
724.02 万片
10.5 吨 13.65 吨
新浪科技讯 北京时间 9 月 17 日消息，据美国物理学家组织网报道，日本打 算开发一个耗资 2 万亿日元(约合 210 亿美元)的太空太阳能工程，该工程将在 30 年时间里实现以微波或激光的形式，把电从太空传送到日本的大约 30 万个家 庭。据来自日本政府能源经济研究所的消息，该工程将由包括三菱重工业株式会 社 (MHI)在内的 16 家公司的科研人员组成的一个研究组实施，这个科研组的目 的是用未来 4 年时间研发把电传送到地球所需的技术。日本正在筹划的太阳能电 站拥有 4 平方公里的太阳能阵列，该阵列可以产生 10 亿瓦特的电，根据目前的 使用量计算，这足以给东京 30 万个家庭供电。由于该太阳能阵列位于距离地球 大约 36000 公里的轨道里，因此它不会受到天气状况的影响，能持续产生电能。 日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)--让该计划变成现实的第一步是在大约 2015 年发射一颗装配有太阳能阵列，可以把电发送到地球的卫星。
聚光技术是通过采用廉价的聚光系统将太阳光汇聚到面积很小的高性能光 伏电池上，从而大幅度降低电池片的消耗量和光伏发电成本的最有效方案。早在 1989 年，GaAs/GaSb 机械叠层双结太阳电池的效率已达 32.6％（AM1.5， 100-suns）。1995 年 Fraunhofer ISE 和 Calibration 实验室研制的 Ga0.51In0.49P/GaAs 整体级联双结太阳电池，效率为 31.1％（AM1.5，300－ suns）。2005 年 5 月，美国可再生能源实验室报道其三结太阳电池在 10 倍聚光 条件下的效率为 37.9％。2005 年 6 月，美国 Spectrolab 公司报道其多结太阳电 池在 236 倍聚光条件下的效率为 39％。2006 年 12 月，该项世界纪录被其刷新为 40.7％，这次突破可使安装成本降至 3 美元/瓦，发电成本约 8-10 美分/千瓦时， 这在利用太阳光发电方面树立了新的里程碑。2007 年 6 月，该项世界纪录又被 刷新，美国特拉华大学和工业界组成的联盟最近宣布已研发出全球光电转换效率 最高（42.8%）的太阳能电池，比其他类型太阳能电池高出大约 30%，是目前最 好的硅太阳能电池的 2 倍。表 1 给出了截止到 2008 年底报道的各种地面应用聚 光太阳电池和模块的效率。
表 1 2008 年底各种地面应用聚光太阳电池和模块效率
测试中心
面积 强度聚光比
分类
效率（%）
（cm2） （suns）
（和时间）
GaAs
27.8±1.0
0.203
216
Sandia（08/1988）
Si
26.8±0.8
1.60
96
FhG-ISE(10/1995)
单结电
池
Si
27.6±1.0
1.00
自九十年代以来，第三代化合物半导体叠层电池因其高效率、高电压和高温 特性好等优点，可实用的转换效率为 28%—32%，聚光后最高达到 42.8%，被广泛 应用于空间卫星太阳能电池、国防边远山区雷达站、微波通讯站，在未来光伏发 电领域具有现实而广阔的应用潜力。但是锗和砷化镓的材料成本远大于硅电池的 材料成本，而电池片的价格是光伏系统成本最主要的部分。因此，高额成本成为 制约光伏发电大规模应用的主要障碍。
表 4 2010-2015 年空间卫星太阳能电池用锗晶片年需求预测
2010 年
2011 年
2012 年
2013 年
2014 年
2015 年
55.2 万片 63.5 万片 73.0 万片 84.0 万片 96.6 万片 111.0 万片
新浪科技讯 北京时间 6 月 20 日消息，近日美国国防部太空安全局向政府要 求拨款 100 亿美元用于筹建宇宙太阳能发电实验卫星计划；而第一步是在 10 年 内发射一颗输出功率为 1 万千瓦级的小型实验卫星，在外太空做实证研究。根据 项目研究报告，如果能建成宇宙太阳能发电站，它一年内采集的太阳能相当于地 球上已探明储量的常规能源总和。其计划内容是在轨道空间站装备一个近千米长 的太阳能电池板来吸收太阳的能量，将这些能量转化为激光束或微波传递到地 面，为美国在全球各地的战场提供电能。
7-10 美元/W
<2 美元/W
>30 美分/度
<7 美分/度
5年
20 年
17%
29%-36%
40.7%(Ⅲ-Ⅴ)；26.8%(Si)
48%(Ⅲ-Ⅴ)；28%(Si)
35%-37%((Ⅲ-Ⅴ)；20%-26%(Si)
42%(Ⅲ-Ⅴ)；22-26%(Si)
75%-85%
80%-90%
10-15 美元/cm2
太阳能电池行业对锗的需求现状分析及展望 2010-02-23
一、太阳能电池行业发展现状 能源是国民经济和社会发展的基础，是人类社会赖以生存和发展的重要物质 保障。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改 进和更替，能源技术的进步极大地推进了世界经济和社会的发展。能源安全问题 始终是国际社会关注的焦点。 近十年来，世界太阳能光伏发电产业和市场在技术进步、严峻的能源替代形 势、人类生态环境（地球变暖）压力和世界各国发起的大规模国家光伏发展计划 和太阳能屋顶计划的刺激和推动下，世界光伏产业呈 20-50%快速发展，光伏产 业成为全球发展最快的新兴行业之一。详见欧盟联合研究中心 2008 年光伏现状 报告，图 1（1990 年---2007 年全球太阳能电池产量图）、图 2（2006---2012 年全球太阳能电池产量及产能增长预测图）。但较高的发电成本及原材料的缺乏 制约了其大规模发展。以高转换效率和低电池材料消耗为核心的薄膜光伏技术研 究，越来越受到人们的重视，降低光伏发电成本被人们寄予厚望。详见图 3 （2006---2012 年薄膜技术比例快速增长图）。
