典型三结砷化镓电池(GaInP/Ga(In)As/Ge)结构

三结砷化镓在传统航天任务中表现优异，但其复杂的制造工艺与高昂成本掣肘大规模应用。砷化镓电池的制备高度依赖单晶锗（Ge）或砷化镓作为衬底，且核心环节必须使用金属有机化学气相沉积（MOCVD）设备进行外延生长。这种外延工艺不仅生产周期长、能耗大，且设备及原材料成本极高，推高了最终组件的造价。在早期高轨卫星与空间站应用中，其价格曾高达每平方米 100 万元以上；即使经过近年来产业化降本，目前市场价格仍处于每平方米 20 万元左右。为突破性能与成本的物理边界，当前产业界与学术界主要围绕多结化提效与薄膜柔性化降本两个方向展开技术攻关。在提效方面，业内通过倒装失配外延与半导体直接键合技术，积极向四结、五结甚至六结架构演进, 理论转换效率达到 50%以上，四结电池最高效率达到 35.3%，五结电池最高效率达到 36.0%，但是，四结和五结电池都未达到量产实用状态。例如，国内外机构研发的倒装失配多结砷化镓太阳能电池，将电池叠层在硅基底上其实验室光电转换效率已突破至约 35%，国内上海空间电源研究所、天津电源研究所自 2010 年起也在持续跟进此方向。此外，柔性薄膜砷化镓技术成为降本关键破局路径。该技术主要采用低应力倒装多结设计与解键合（外延剥离）工艺，以 GaAs 为基底，采用低应力倒装多结太阳电池外延结构设计和生长，通过解键合剥离，制备三结柔性薄膜砷化镓太阳电池，而 GaAs 衬底可多次重复利用，从而在物理形态与制造经济性上显著拓宽了砷化镓路线的应用边界。