太空光伏系列报告2：成本优先驱动技术迭代，产业化下塑造新机遇

成本优先驱动技术迭代，产业化下塑造新机遇 分析师：张志邦（S0010523120004）分析师：张欣（S0010526040002）2026年6月8日 华安证券研究所 华安研究•拓展投资价值 摘要 n砷化镓电池以更高转换效率和更好的极端环境适应性，成为当前空间太阳能主流技术路线：当前三结砷化镓电池实验室转换效率已接近40%，量产稳定转换效率已超30%，明显高于晶硅路线；与此同时，砷化镓电池耐高温且耐辐照的特性也使得其更加适合深空环境。 n但与此同时，传统刚性砷化镓方案面临卫星产业向“工业化流水线模式”转向下的成本压力考验：随火箭可回收技术有望成熟及卫星整星降本，行业正从传统“定制化模式”转向“工业化流水线模式”，成本成为核心考量因素，但传统刚性砷化镓方案基于材料、设备和工艺等因素，成本极高（高达20万元/m2），已不适应当前产业趋势。 砷化镓路线的技术迭代：规模化、柔性化以及生产工艺升级： •规模化量产和设备国产化：国内企业通过布局更大规模产线及生产更大尺寸的6英寸衬底晶圆，摊薄生产成本；砷化镓核心生产设备MOCVD正逐步实现国产化，可降低设备成本。 •柔性化和工艺升级：通过替换衬底材料和开发衬底剥离技术，一方面可摊薄发射端成本：柔性砷化镓电池同样能够实现30%转换效率，但可大幅降低太阳翼重量和体积，从而摊薄发射成本；另一方面，可降低材料成本：通过将价格昂贵的锗衬底替换为砷化镓衬底，以及通过衬底剥离技术实现5-6次复用，可降低衬底材料成本；另外还可通过增加砷化镓电池结数提升发电转换效率，理论上可进一步实现50%转换效率。 与此同时，晶硅路线基于成本优势，成为有极限降本需求的Starlink的太阳翼方案技术路线选择。 n晶硅路线存在一定技术瓶颈，但当前已具备部分解决方案，有望助力晶硅路线在空间太阳能方面的产业化实现： •晶硅路线存在寿命瓶颈：晶硅电池在辐照下的衰减明显高于二结和三结砷化镓电池，但与此同时，如果采用p型晶硅路线，尤其是p型HJT方案，抗辐照性能将相对更强；另外，通过将硅片进行减薄，也可明显降低高能粒子辐照对电池片带来的损伤。 •传统地面晶硅太阳能电池非柔性，难以适配柔性化需求，但可通过减薄实现柔性：将硅片减薄至约50-70μm，可实现晶硅电池柔性化，目前国内部分企业已具备小批量生产能力。 摘要 另外，晶硅技术在转换效率方面存在劣势，未来可通过叠加钙钛矿，通过叠层方案提升发电能力： •钙钛矿理论上可实现更高效率，且在抗辐射和柔性化方面具备优势：单结钙钛矿电池稳态转换效率已可达28%；与此同时，钙钛矿电池在太空环境可具备一定自修复机制，从而可减小高能粒子辐照影响；另外，钙钛矿薄膜的低温制备工艺可使电池厚度薄至微米级，从而实现电池柔性化，搭配聚酰亚胺等柔性封装材料，可以实现电池柔性封装。 •而钙钛矿能够与晶硅相结合实现叠层化，从而减小晶硅电池低转换效率的不利影响，并与此同时兼顾轻量化：钙钛矿和晶硅相结合，可以分别利用两种技术路线在吸收中短波和长波光方面的优势，从而最大化转化效率，近期已有光伏企业在标准尺寸叠层组件上实现29.2%的转换效率；与此同时，叠层技术可实现较好轻量化，理论上功率重量比可达1.8g/W，明显高于砷化镓的0.6g/W。 n但钙钛矿技术仍有技术瓶颈需要破除： •长周期稳定和大面积制备问题：目前钙钛矿材料衰减速度仍显著高于其他技术路线，难以在以年为单位的时间维度上稳定运行；同时钙钛矿材料在小面积制备上已相对成熟，但大面积制备仍然存在工艺瓶颈。针对以上问题需在材料、制备工艺及生产设备上做进一步革新。但针对以上问题我们认为更多是工程问题而不是理论问题，有望通过开发更稳定材料体系、优化工艺技术等方式逐步解决。 •在轨运行数据相对缺乏：尽管钙钛矿材料在抗高温、抗辐照等方面存在理论优势，但仍需要通过在轨验证以获得可靠数据。 n总体而言，基于各技术路线相对优势，我们认为未来行业需求和技术路线选择有望出现场景分层：对于高价值量的深空任务，可能更适配多结砷化镓路线；对于低轨星座场景，可能更适配晶硅尤其是p型HJT路线；而对于未来能耗需求更高的算力星座，钙钛矿叠层技术有望得到广泛应用。 •产业链相关公司：太空砷化镓电池：明阳智能、电科蓝天、上海港湾、乾照光电、三安光电；p型晶硅电池及钙钛矿叠层：主材：东方日升、协鑫科技、琏升科技、通威股份、晶科能源、天合光能、阿特斯等；辅材：福斯特、钧达股份、海优新材、聚和材料、帝科股份；设备：迈为股份、奥特维、捷佳伟创、帝尔激光等。 风险提示：下游商业航天进展不及预期；公司新产品开发不及预期；技术颠覆风险；竞争格局加剧风险。 目录 基 于 高 效 率 和 可 靠 性 优 势 ， 砷 化 镓 成 为 太 空 主 要 技 术 路 线 降 本 是 主 线 ， 晶 硅 路 线 走 上 舞 台 2 晶 硅 路 线 的 产 业 化 瓶 颈 和 钙 钛 矿 叠 层 路 线 的产 业 化 前 景 3 相 关 公 司 布 局 和 进 展 一、基于高效率和可靠性优势，砷化镓成为太空主要技术路线（一）空间太阳能阵列发展历程 n20世纪80年代以前： •航天器主要以硅基太阳能电池作为太阳能帆板上的发电单元，在当时来看，硅基路线工艺成熟、生产成本低，且具备机械强度高等优点，通过工艺技术改进，空间用硅基太阳能电池转换效率可达15%以上。 n20世纪90年代： •随着砷化镓技术走向成熟，基于更高光电转换效率以及耐高温，耐辐照等优势，单结砷化镓电池开始取代硅基电池，成为卫星发电单元的主要技术路线选择。相较于硅基材料，砷化镓材料与太阳光谱匹配程度更高，单结砷化镓电池光电转换效率可达25%。 n21世纪以来： •随着金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）、隧穿结串联等工艺技术的发展和成熟，三结砷化镓太阳能电池开始实现工程化量产和空间应用。三结砷化镓电池具备光电转化效率更高、空间环境适应性更好、且不同子电池层晶格匹配性强等优势。 •由三结砷化镓材料制造的太阳能电池阵列逐步开始得到广泛的使用，在此基础上，业内企业开始研制基于柔性薄膜砷化镓技术的柔性太阳能电池阵列。 资料来源：中国可再生能源学会光伏委员会公众号，华安证券研究所 一、基于高效率和可靠性优势，砷化镓成为太空主要技术路线（二）砷化镓技术优势：更高转换效率 更高转换效率：根据NREL 2025年数据，三结砷化镓电池单结实验室效率已经接近40%，而晶硅电池实验室极限效率仅约27.6%；量产方面，三结砷化镓电池转换效率已经稳定超过30%，明显高于晶硅电池的量产水平。 一、基于高效率和可靠性优势，砷化镓成为太空主要技术路线（二）砷化镓技术优势：通过更高转换效率摊薄成本，适应太空极端环境 通过更高发电量可提高比功率，并降低卫星发射成本： •更高的单位重量发电量：砷化镓电池质量比功率（W/kg）明显高于晶硅电池，可显著降低火箭载荷重量，以有限重量支撑空间任务的用电需求。 •与此同时，厚度更薄，有利于在有限载荷重量和体积下增加太阳翼面积：砷化镓电池外延层厚度仅约5-10微米，而硅基电池通常在100微米以上。 n极端环境适应性： •耐高温：砷化镓电池在250℃高温下仍能稳定工作，性能没有明显衰减，而硅基电池在200℃时已经无法正常运行。对于需要长期在极端温差环境下工作的深空任务，砷化镓技术是优先选择。 •抗辐射：砷化镓晶体结构较为稳定，抗辐照能力显著高于硅基电池，从而使得工作寿命能有效延长。中国空间站的砷化镓电池设计寿命可达10年，而硅基电池在太空辐射下寿命仅有5-8年，甚至可能会更短。 一、基于高效率和可靠性优势，砷化镓成为太空主要技术路线（三）卫星转向工业化流水线生产，成本敏感下传统方案开始暴露弊端 n商业航天和星网星座规模化趋势下，我们认为卫星产业正在从"定制化"模式转向"工业化流水线"模式，由此成本开始愈发成为敏感项： •“工业化流水线”模式下，卫星的单星制造成本、发射频次等越来越决定项目成败，市场也越来越以制造业的估值模型来评价商业航天板块的企业和项目。由此，盈利水平成为核心考量，那么成本就成为重要影响要素。 “可靠性优先向成本优先转换趋势下”，太阳翼需要降本： •早期高轨和空间站用太阳能电池价格可达100万元/㎡以上，此后民用航天快速发展，太阳能电池需求快速增加，三结砷化镓太阳能电池的成本和价格逐步降低，达到20万元/m2左右，但是仍无法满足中低轨卫星等商业航天场景的低成本需求。 •具体来看，三结砷化镓太阳电池的主要成本由材料、设备和工艺等要素构成：•材料：通常采用单晶Ge作为衬底，4英寸单晶Ge可达300元/片，价格可达地面普通太阳能硅片百倍。•设备：主要设备为MOCVD，设备国产化率低价格高，同时工艺流程制备时间长且良率低，大规模量产难度大。 目录 基 于 高 效 率 和 可 靠 性 优 势 ， 砷 化 镓 成 为 太 空 主 要 技 术 路 线 降 本 是 主 线 ， 晶 硅 路 线 走 上 舞 台 2 晶 硅 路 线 的 产 业 化 瓶 颈 和 钙 钛 矿 叠 层 路 线 的产 业 化 前 景 3 相 关 公 司 布 局 和 进 展 二、降本是主线，晶硅路线走上舞台（一）砷化镓技术的进一步演进：量产和设备国产化 砷化镓技术需要持续迭代以适应低轨卫星商业化需求，包括通过提高量产能力和设备国产化来降本： n通过大规模量产摊薄成本： •三安光电等通过规模化量产更大尺寸衬底晶圆等方式降低成本。此前行业普遍采用4英寸工艺来生产晶圆，三安光电则通过布局6英寸产线，可使得晶圆利用率获得大幅提升，大幅降低边缘损耗率，即同样用量衬底材料可切出更多有效电池片，从而显著摊薄单位成本。 n通过设备国产化降本： •MOCVD（金属有机化学气相沉积）设备是太空砷化镓太阳能电池材料的核心制造设备。此前MOCVD装备制造被德国AIXTRON和美国Veeco等外国厂商垄断，价格高且交期长，但目前已经进入国产替代阶段，包括电科装备等企业已经开始与下游企业签订供货订单。 二、降本是主线，晶硅路线走上舞台（一）砷化镓技术的进一步演进：柔性化 n通过改变衬底材料实现柔性砷化镓电池片生产：通过将锗衬底替换为砷化镓衬底，可生产柔性薄膜太阳能电池。n相似转换效率，但更薄更轻：柔性薄膜三结砷化镓太阳能电池与锗衬底三结砷化镓太阳能电池转换效率相近，同样可实现30%转换效率，但厚度可达20-30微米，并可通过柔性和轻质化的结构实现更高质量比功率。n与此同时，通过柔性封装方案同样可实现良好的抗原子氧和抗高能粒子辐射性能。 资料来源：上海卫星公众号，中国可再生能源学会光伏委员会公众号，华安证券研究所 二、降本是主线，晶硅路线走上舞台（一）砷化镓技术的进一步演进：工艺革新和结构升级 通过开发衬底剥离技术以重复使用衬底，从而摊薄成本： •砷化镓太阳能电池需要生长在砷化镓或锗衬底上，而在砷化镓电池的成本结构中，衬底和外延占据绝大部分，但通过锗衬底或者砷化镓衬底的重复使用技术，可大幅降低衬底成本，且降低稀有材料的稀缺性给大规模量产带来的障碍。目前砷化镓衬底可重复利用技术已经实现重复利用次数达5-6次，随工艺进一步优化，未来有望达10次以上。 n结构改变，通过将三结电池进一步升级为四结五结六结，可以进一步提升发电能力： •如前文所述，目前太空砷化镓电池已经从单结进化为三结，而为了进一步提高砷化镓太阳能电池的转换效率，四结五结甚至六结砷化镓太阳能电池也正在被广泛研究，理论转换效率能够达到50%以上，但目前暂未达到量产状态。 资料来源：《High-Efficiency GaAs Solar Cells Grown on PorousGermanium Substrate with PEELERTechnology》，《柔性砷化镓薄膜太阳电池剥离(lift-off)技术研究》，华安证券研究所 二、降本是主线，晶硅路线走上舞台（二）晶硅路线成本优势：参考Starlin