垄断90%太空太阳能锗基三结砷化镓太阳能电池份额……
来源：有研新材 ……
太空神秘而令人向往，人类追寻太空奥秘的脚步从未停止，从嫦娥奔月的古老神话，到阿姆斯特朗留在月球上的第一个脚印，再到太空遨游的神舟飞船，这些都彰显着人类对太空无尽的向往。在浩瀚星河中，同样闪亮着人类探索太空的各类卫星，无论是提供电讯信号、还是气象监测、或是军事安防，早已渗透到了人们生活之中。卫星能够遨游太空给人类提供各种信息，离不开支撑它工作的翅膀上的太阳能电池。2019年12月27日晚，我国研制的新一代最先进的通信卫星在文昌航天发射场发射成功，当到达预定轨道后翅膀张开的瞬间，我们深感激动与骄傲，因为在电池板上，有我们研制的高性能太阳电池衬底材料——锗。
新一代通信卫星
锗行天下，勇于担当
说起锗，时间还要回到上个世纪，1948年，美国贝尔实验室肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组，采用锗材料研制出一种点接触型的晶体管，正式开始锗材料的应用研究。上世纪五十年代到七十年代，锗占据了第一代半导体电子器件核心地位。而我们北京有色金属研究总院从1952年建院起，就很快开始了锗材料的研制工作，在1956年研制出中国第一颗金属锗，1958年拉制出冶金系统第一根锗单晶，之后陆续建立了从锗原料到高纯锗材料的全部工艺流程和全部锗产品标准及性能指标测试标准，研制成功不同电子器件要求的各种规格锗单晶，为我国电子工业的建立和发展做出了不可磨灭的历史贡献，金属锗也荣获了1978年全国科学大会奖。
第一颗金属锗
坚韧转型，探索前进
1970年后，随着硅材料的研制不断取得突破，并逐渐取代锗材料成为核心的半导体材料，锗在半导体器件方面的应用开始退出历史舞台，总院原来做锗材料研制的研发人员陆续转向硅单晶的研制。到了80年代后期，只有不到十人仍在坚持锗材料的研制和生产。在那段艰难的时期，以马绍芳教授为主的研发团队紧跟国外研究步伐，将锗单晶的研发方向转向红外光学领域，在国内率先研制成功满足红外光学应用的锗单晶。红外锗单晶研制陆续取得重大突破和进展，在1995年研制成功直径260mm锗单晶，并应用在某卫星地面标定设备上，研制成果获得1997年国家科技进步二等奖。随着研发能力和产品质量的不断提升，红外锗在我国国防先进系统、探测系统等得到成功应用，产量不断提升，特别是2001年我国加入WTO后，红外锗产品更是走向了国际舞台，产品远销日本、美国、欧洲等，产量从2000年的1.5吨增长到2020的12吨，占世界市场份额的25%左右，成为世界红外锗产品的主要供应商。
各种规格红外锗产品
直径400mm以上红外锗单晶
再担重任，继续前行
进入二十一世纪以来，我国加快了在航天领域的探索和开发，众多航天工程取得了世界举目的成绩，同时也引发了国外对我们的限制和封锁，这对我国航天事业的持续发展带来不可预测的风险。而锗材料又有幸成为一种与航天工程密切相关的关键材料。
太阳电池是卫星等航天器下在太空工作时主要能源，电池的寿命影响航天器的使用寿命，早期使用的太阳电池主要是硅电池，但转换效率偏低且受太空环境影响较大。到了90年代，国外开发了以锗为衬底的单结砷化镓太阳电池取代硅电池。随着技术的不断进步，目前已经制备成功转换效率高达31%的三结太阳电池，新发射的卫星等航天器超过90%都采用了这类锗基三结砷化镓太阳电池。
作为航天太阳电池的锗衬底材料，其技术指标要求远高于普通的锗单晶，国外几乎没有相关的研制报导，技术和产品只掌握在两家国外公司手中，国内的锗单晶无法满足要求，一度对我国空间用太阳电池的研发和制备构成严重和不可估量影响。
在这种情况下，作为国家队的有研集团下属有研国晶辉公司锗研发团队再次承当起历史的重任，全力攻克这种低位错锗单晶的研制难题，从2013年起陆续承担了材料攻关和替代研制任务，以冯德伸教授为主的研发团队深感责任和重担，投入大量精力进行攻关研究，巧妙设计了双加热器组合的热场系统，合理调整热场温度梯度，并通过单晶工艺的优化，研制成功4英寸低位错锗单晶，制备的三结太阳电池转换效率超过31%，并在新一代卫星上得到应用。低位错锗单晶的研制成功，打破了国外的垄断，为我国新一代航天器用空间电源用关键材料提供有力支持和保障。
锗单晶研发团队
4英寸低位错锗单晶
完成4英寸低位错单晶研制后，研发团队继续前进，开展了更高要求的6英寸低位错单晶的研制和超高纯13N锗单晶的研制，并取得了良好的开端。国家的需求，是我们不断前进的号角，作为一代具有丰厚历史传承的有研人，在集团成立70年到来之际，在党的二十大即将召开之时，我们更能明白肩上的责任和重担。锗过去发展的道路曲折，未来也不会一帆风顺，和世界先进水平比较，我们仍存在一定差距，但“乘风破浪终有时”，我们相信，在党的坚强领导下，新一代有研人坚守理想信念，不忘初心，牢记使命，继续做好锗材料，未来可期。
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