摘要近年来，多晶硅原材料的紧缺，已制约了单晶硅或多晶硅的硅级电池的规模生产。

由于高昂的上游原料的成本导致光伏发电成本居高不下，与传统的电力价差悬殊是光伏并网发电市场尚不能全面启动的主要因素之一。

高倍聚光电池及系统的规模应用，将在缓解太阳能电池对硅原料的依赖和降低成本方面有很大的改进和创新。

关键词：硅级电池高倍聚光电池低成本新型技术绪言 (4)一.聚光型太阳能材料及技术 (5)1.1聚光用的太阳能电池原材料 (5)1.2产品构成与关键技术 (5)二.产品与技术发展模式 (5)三.产品核心优势 (6)3.1 光电转换效率高 (6)3.2 单位面积输出功率高 (7)3.3 市场应用现状 (7)四.未来太阳能电池市场前景展望 (7)4.1 聚光电池应用前景 (8)五.行业重点技术和公司关注 (9)参考文献13聚光电池是降低太阳电池利用总成本的一种措施，通过聚光器使较大面积的阳光聚在一个较小的范围内，形成“焦斑”或“焦带”，并将太阳电池置于“焦斑”或“焦带”上，以增加光强克服太阳辐射能流密度低的缺陷，从而获得更多的电能输出。

通常聚光器的倍率大于几十，其结构可采用反射式或透镜式。

聚光器的跟踪一般用光电自动跟踪，散热方式可以是气冷或水冷，有的与热水器结合，既获得电能，又得到热水。

用于聚光太阳电池的单体，与普通太阳电池略有不同，因需耐高倍率的太阳辐射，特别是在较高温度下的光电转换性能要得到保证，故在半导体材料选择、电池结构和栅线设计等方面都比较特殊。

最理想的材料是砷化镓，其次是单晶硅材料。

在电池结构方面，普通太阳电池多用平面结构，而聚光太阳电池常采用垂直结构，以减少串联电阻的影响。

同时，聚光电池的栅线也较密，典型的聚光电池的栅线约占电池面积的1O％，以适应大电流密度需要。

一.聚光型太阳能材料及技术1.1 聚光用的太阳能电池原材料适合于聚光用的太阳能电池有两种：单晶硅的背接触电池和砷化镓多结电池，以后者的光转化效率为最高（目前实验室达41%，量产高于35%）。

这些电池过去用于非聚光的航天航空的高端应用。

目前为止，国际上生产厂家很少，产量也很低。

1.2产品构成与关键技术聚光太阳能电池是由跟日器、聚光电池组件和聚光器及相关动力和降温装置构成，采用聚焦的方式将太阳光的光能密度大大提高（400倍以上），可使太阳能电池转换效率提高，在小面积的单晶硅片上获得大的电流。

太阳光的聚焦可采用费涅尔透镜或抛物面反射镜，太阳能聚光电池的散热采用大面积的散热片自然冷却，或者是采用循环水冷将热量二次利用（但此装置的结构复杂）。

太阳能自动跟踪聚焦式光伏发电系统的关键技术是精确跟踪太阳，其聚光比越大跟踪精度要求就越高，聚光比为400小时跟踪精度要求小于0.2度。

在一般情况下跟踪精度越高其结构就越复杂，造价就越高，甚至造价高于光伏发电系统的光电池的总造价。

聚光电池及发电系统的广泛应用的成功与否，关键在于技术上实现聚光发电系统的高跟踪度、可靠性、耐侯性，确保能否在恶劣自然环境下的长期使用。

二.产品与技术发展模式发展模式：“价廉物美的定日镜+高转化率的聚光光电池+高效率的散热体系”目前国际市场上已经出现聚光电池，尤其以欧美国家为代表。

但鉴于目前聚光电池的技术应用处于前期试验推广阶段尚未实现规模化发展，其价格约为普通光电池的5至10倍，其光电转化率却高达30%。

如果未来能够大规模生产这种聚光光电池，那么太阳能光发电的成本，将主要转移到能跟踪太阳旋转的聚光镜，又名为定日镜的制作和运转的成本上。

所以，人们将能期待“价廉物美的定日镜+高转化率聚光电池+高效率的散热体系”的发电模式，能比现有大面积平板式光伏电池有更大的降价空间。

三.产品核心优势3.1 光电转换效率高传统太阳能电池的转换率只有15%左右，而新的这种集中器电池（聚光电池）利用成本相对较低的反射镜和棱镜将阳光集中到电池上更为昂贵的镓砷化合物部分来提高转换效率。

国际上已经试验研制多结太阳能电池技术，以期望获得37%以上的理论极限。

在现有太阳能光电池的发电模式中，多数采用方位固定的大面积的平板式光电转化模式。

通过应用高转化率的聚光光电池，不仅在通常太阳光的辐照下能维持25%～35%的光电转化率，而且能在聚光条件下，如将太阳光聚光300～700倍，将能期望用较少量的聚光电池，获得较大的光伏电能。

目前国际上聚光电池的转换率可以稳定实现30%的转换率。

（见附表1）3.2 单位面积输出功率高聚光电池在标准光强下输出功率达6W以上，而同等面积的平板式太阳电池输出功率仅12-14mW，相差几百倍。

1厘米见方的砷化镓聚光太阳能电池在500倍聚光下等效于7张12.5厘米见方的硅光电池。

一个直径为3厘米的圆形常规电池, 在光强为1kW/m2的辐照下,输出功率约为70mW。

同样面积的聚光电池, 在光强为100kW/m2的辐照下, 可输出约7W，通常来讲聚光电池的短路电流基本上与光强成正比例增加。

3.3 市场应用现状聚光电池技术的真正在地面应用市场推广仅有2年多时间，因为技术的先进性和建造成本优势，受到市场的青睐，但在实际电站的应用中仍处于试推广阶段。

目前国内已经成功开发了太阳能4倍聚光光伏电池发电机技术，并已投入了规模化生产。

该技术采用自然风冷，电池表面温度不超过60℃，光电综合转换效率高达24%-27%，该技术在内蒙古试用一年多，各项技术指标均达到规模化设计要求。

国内首座太阳能聚光光伏示范电站在鄂尔多斯市伊金霍洛旗建成，该项目由伊泰集团投资2100万元建设，2006年10月开工建设，采用中国科技大学陈应天教授发明的数倍聚光光伏发电系统，总装机容量205千瓦，安装了200千瓦太阳能聚光光伏电池和5千瓦常规平板太阳能光伏电池，将进行太阳能聚光光伏发电和常规平板太阳能光伏发电的对比试验。

该项目的聚光光伏发电系统是陈应天教授针对太阳能光伏电池比较昂贵的情况，通过八面体聚光漏斗聚光的方式，增加照射到太阳能光伏电池板上的太阳光强度，从而提高单位面积太阳能电池的发电量，并配置跟踪太阳转动的系统，实现对太阳光朝向变化的适时跟踪，每块太阳能电池板能够像“向日葵”一样从早晨到晚上跟随太阳转动，最大限度地获得太阳能，节省光伏电池的使用量，降低太阳能光伏发电的建设成本，增强太阳能光伏发电的市场竞争力。

该项目的建成，标志着我国聚光光伏电站建设迈出了重要的一步，将对聚光光伏发电系统的经济性、可靠性进行检验，为推广使用太阳能聚光光伏发电技术积累宝贵经验。

在国外，几十倍于工厂产能的订单已经排满了美国Emcore和Spectrolab 公司以后的几年。

从07年8月开始，砷化镓高效聚光电池在国外正在被证明是低成本规模建造太阳能电站的有效途径。

从2007年世界累计20吉瓦的光伏安装总量到2020年288吉瓦的目标，砷化镓聚光电池可望占据过去未曾预料过的比例，有人乐观估计为1/3。

四.未来太阳能电池市场前景展望据美国NanoMarkets预测，薄膜太阳能电池2015年的发电量将达到26GW，销售额将超过200亿美元。

实现增长的主要原因包括，各种薄膜太阳能电池的普及，以及比目前主流的结晶硅太阳能电池成本低、易弯曲、易制造的薄膜太阳能电池的亮相。

该公司预计2015年前太阳能电池发电量的一半以上将来自薄膜太阳能电池。

薄膜太阳能电池由于成本低、重量轻以及可在柔性底板上制造，在住宅领域越来越受到欢迎。

预计住宅薄膜太阳能电池市场2015年前将增长到23亿美元。

从种类来看，预计CdTe（镉·碲）薄膜太阳能电池市场将继续增长，2015年该市场的销售额将达到87亿美元。

CdTe半导体具有光吸收系数和能带隙较高的优点。

另外，该公司介绍说，此前担心的对环境的影响也变小。

CIS/CIGS太阳能电池虽然价格高、制造方面存在问题，但在薄膜太阳能电池领域仍保持着明显优势。

NanoMarkets 预计，该市场的销售额2015年前将接近50亿美元。

（如下图所示）根据相关产业分析预测，在2010年前，聚光型太阳能电池将有超过5亿美元的市场规模。

（如下图所示）4.1 聚光电池应用前景将广泛应用于大型光伏发电领域过去用于太空产业的三五族聚光型多接面的材料，效率较高，不过，因为需要向阳时间长，因此，比较适合大型的电厂。

过去认为三五族中的砷化镓原料价格高，觉得要商业化仍有待观察，不过在亚洲出现第一家商业运转的电厂后，三五族的太阳能电池已有往上走的趋势。

目前跨足三五族太阳能电池的岛内厂商，几乎是清一色的LED 磊晶厂，除了全新以外，还有晶电、华上，主要是它的制程与LED 磊晶制程相近，以既有的相关设备即可转换生产，对LED 磊晶厂而言不需要巨额投资，就可以轻易转战。

高聚光光伏发电系统与晶硅电池和薄膜电池发电系统相比具有明显的成本优势，继而具有良好的发展前景预计到2010年发电量达500WM,2020年达到12GW 。

（如下图所示）碲化镉CIS/CIGS 住宅薄膜电池晶硅电池聚光电池23亿50亿 87亿 > 5亿五.行业重点技术和公司关注目前专业制作砷化镓聚光电池的工厂有美国的Emcore, SpectroLab(波音的子公司)，西班牙的SolFocus公司和德国的Azur Space、台湾瀚昱、核研所等。

美国Emcore公司：主要致力于砷化镓电池的研发和生产。

起初，该项技术是从卫星上的使用转变为聚光的太阳能发电站的规模应用，开始于07年8月。

Emcore每年仅有80兆瓦的产能，但是他所赢得第一个电站的订单就有105兆瓦，2400万美元（1000倍聚光，合0.23美元/瓦）。

随后Emcore 立即扩大产能，花了1000万美元，增加到目前每年150兆瓦的产能。

美国SpectroLab公司：该公司成立于1956年，Spectrolab是美国波音公司旗下专注太阳能产品开发的子公司，是发展适用于地面环境使用的高效率聚光型太阳能电池的领导者，根据美国能源部可再生能源实验室所公布的报告，Spectrolab所发展的聚光型太阳能电池已创下目前世界最高40.7%的转换率纪录。

2008年该公司与太阳能系统（Solar Systems）公司签署价值数百万美元合同，以提供用于产生可再生能源的聚热式太阳能组合件。

这些太阳能电池将应用于设置在澳大利亚Victoria州新建的154MW太阳能发电站。

2008年4月，SpectroLab 获得全世界的最大的电站订单，350兆瓦，9300万美元（1000倍聚光，合0.27美元/瓦）。

按照这项新协议，公司将为产生超过350MW电力系统提供太阳能电池组合件。

2008年5月，与韩国电站签订订单，70兆瓦，2800万美元（500倍聚光，合0.40美元/瓦）；与SunPeak Solar电站签订订单，200-700兆瓦。