股票配资正规平台卫星太阳翼是如何突破“卡脖子”的！

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近期航天领域十分热闹，卫星发射不断。12月12日，长征十二号运载火箭还将卫星互联网低轨16组卫星发射升空，而我国计划要发的卫星互联网星座至少有三个——千帆、GW、鸿鹄，累计要发3万7千多颗，这是一个巨大增量，也是一个巨大商机。

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长征十二号运载火箭发射

对于人造卫星，不知道你们第一印象是什么？我的第一印象是巨大的太阳能电池板，或者说太阳翼。那卫星上用的太阳能电池，和地面光伏电站用的太阳能电池是同一种吗？明显不是。太阳翼要随卫星用火箭送入太空，上面的光伏板必须轻质且高效，同时还要有强大的抗辐射能力，这些条件传统的晶硅电池都无法很好满足。而这种宇航级太阳能电池，也在“瓦森纳安排”管制之中。

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卫星太阳翼

“瓦森纳安排”对宇航级太阳能电池的管制分为两个阶段：在2006年以前，宇航级太阳能电池突出抗辐射能力；而从2006年开始，控制的宇航级太阳能电池有一个专有名词CIC（cell-interconnect-coverglass：盖片玻璃互联电池）。太空盖片玻璃互联电池是一种叠层电池，一般有9层结构。最上面一层是盖片玻璃，其功能主要是抗辐射。具有发电功能的太阳电池在第四层，这是CIC的核心。

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CIC（叠层太阳电池）

CIC中的太阳能电池材料一般是三结砷化镓，它由三个独立电池三结砷化镓和一个衬底组成。之所以用三个独立电池片，是为了吸收不同波长的光波能量，最大限度地利用太阳光谱。最上层GaInP可吸收能量大于1.85eV的光子能量，换算成波长大约670nm；670nm是可见光中的红光，能量比这个大的波长更短，紫蓝绿黄橙都在其中。第二层GaAs可吸收1.85eV至1.40eV之间的光子能量，这是红光和红外光的范围。第三层Ge电池可吸收1.40eV至1.00eV之间的光子能量，这就完全是红外光了。最后还有一层Ge衬底，是上述三层电池的基底材料。

1954年，贝尔实验室研制出第一块硅太阳能电池，当时美国军方正秘密研制卫星，就考虑用太阳能电池给卫星供电。后来贝尔实验室把生产许可授予了Spectrolab公司，由它为美国军方制造太阳电池阵。1958年，第一颗搭载太阳能电池的卫星——先锋一号，发射成功，当时美国海军对太阳能电池缺乏信心，所以卫星上也装了一些化学电池。19天后，化学电池耗尽，太阳能电池的优势开始显现。因为使用太阳能电池，先锋卫星比苏联发射的信使卫星运行时间更长，更准确地绘制了南太平洋岛屿的位置，并使地球物理学家更好地确定了地球的形状。

之后太阳能电池成了卫星标配，而为先锋一号生产太阳能电池的Spectrolab，则成了该领域的领军企业，1969年还参与了阿波罗登月任务，贡献了月球上的第一块太阳能电池板。进入70年代，Spectrolab开始量产砷化镓太阳电池，并用于军用卫星。与晶硅电池相比，砷化镓电池具有更高的光电转换效率，更好的抗辐射性和耐高温性，并且还能做成效率更高的多结叠层太阳电池。双结砷化镓叠层电池，理论光电转换效率上限是30%，三结可以达到38%，四结可以达到41%。目前Spectrolab已经在实验室做出转换效率40.7%的四结电池。

我国是上世纪70年代开始研制砷化镓太阳电池。到“九五”期间，我国研制的单结GaAs/GaAs电池最高效率已经达到21%，而单结GaAs/Ge电池最高效率也达到了20%。到了“十五”初期，我国单结GaAs/Ge电池进入量产，平均效率18.5~19.0%；同时多结砷化镓电池也开始研制，截至2003年，双结电池的效率已经达到23.5%。

前文咱说过，“瓦森纳安排”是在2006年将宇航级太阳能电池的限制转向了CIC叠层电池，此时限制的效率是20%，与我国2003年的水平差不多。所以“瓦森纳安排”这个限制，针对的应该不是我国。实际上截至2024年，“瓦森纳安排”管制的CIC电池效率门槛仍然是20%。也就是近15年，这个管制没有再升级。而我国上海空间电源研究所在2020年就搞出了光电转换效率34%的砷化镓电池，并且已经用在了新一代载人飞船试验船上，是当时国际空间顶尖太阳电池的首次在轨应用。而早在2018年，巴基斯坦卫星就已经搭载我国32%转换效率的砷化镓电池，也是当时世界上转换效率最高的批量化砷化镓电池产品。

咱前面不是说，美国Spectrolab的四结电池效率已经做到40.7%吗？怎么上海空间电源研究所34%的效率还敢称世界领先？原因是Spectrolab这个四结电池并未量产，目前卫星上用的主要还是三结砷化镓电池，上海空间电源研究所量产的应该也是三结产品。而Spectrolab官网目前挂出的三结产品，光电转换效率只有32%，差不多是2018年我们给巴基斯坦卫星用的水平。看到这个对比，请问你们心里自不自豪。

另外单结砷化镓太阳电池的效率记录，应该是一家叫阿尔塔(AltaDevices)的美国公司在2018年创造的，光电转换效率达到了29.1%。但这家公司是汉能的子公司，惊不惊喜！意不意外！当然汉能现在也不行了，不过汉能收购Alta后做了全体裁员。即便自己没做起来，也好歹把美国这家公司给祸祸了。

那中国砷化镓电池是如何做起来的？这首先不得不提一个人，中国半导体材料之母——林兰英。中国第一根锗单晶、硅单晶，都与林兰英有莫大关系；后来第一块砷化镓单晶，也是林兰英团队在1962年制备的。到80年代，我国制造的砷化镓单晶已经是国际先进水平。其中N型单晶，美国专家认为在中美日德四国中，中国的质量和纯度是最好的。而P型砷化镓单晶，当时只有中国能做。后来林兰英又着手研究利用太空微重力环境生长砷化镓单晶，本来是想着国际合作，但当时德国专家很傲慢，于是林兰英就用咱自己的返回式卫星搞了。最后生长的砷化镓单晶，无密排杂质条纹，均匀性非常好，微缺陷也明显减少。

做出这个成就后，1989年7月，NASA就邀请林兰英参加国际会议。如果这事儿放现在，我都为林兰英捏把汗，但当时环境还算安全。会议上唯一的戏剧性事件，就是之前出言不逊的德国专家，主动来找林兰英握手了。

有了好材料打底，三结砷化镓太阳电池做到国际领先似乎也是理所当然。国内生产空间用三结砷化镓太阳能电池的，主要是中国航天科技集团下属的上海空间电源研究所和中国电子科技集团18所。前面咱说的，2018年给巴基斯坦卫星供货、创造量产砷化镓电池32%转换效率纪录，以及2020年为我国新一代载人飞船试验船供货、创造量产34%转换效率纪录的，就是上海空间电源研究所。

上海空间电源研究所，源于1960年建立的上海长宁蓄电池厂，1990年才挂牌上海空间电源研究所。至于砷化镓电池的内部研发历程，公开资料非常少。这电池本来就是卫星上用的，客户就那么几个，也不需要做什么宣传。反正就是做着做着，最迟2018年，在量产三结砷化镓太阳电池上，我们就已经领先了。

更重要的，三结砷化镓电池所需要的镓锗都是稀散元素。中国镓锗储量在国际上算丰富的，而产量更是举足轻重。2023年，我们已经对镓锗实施出口管制。妙哉！妙哉！在砷化镓太阳电池上股票配资正规平台，美国有先发优势，我们有全产业链优势。全产业链优势对决先发优势，真是不知不觉就领先了。

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