光伏曾經(jīng)離不開的“鎵”，絕對(duì)是一種戰(zhàn)略性礦產(chǎn)，最近火了！

我國宣布對(duì)兩種新興戰(zhàn)略關(guān)鍵礦產(chǎn)實(shí)施出口管制。

7月3日晚，商務(wù)部、海關(guān)總署發(fā)布公告，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，決定對(duì)鎵、鍺相關(guān)物項(xiàng)實(shí)施出口管制，以維護(hù)國家安全和利益。公告自今年8月1日起正式實(shí)施。出口經(jīng)營者如未經(jīng)許可出口、超出許可范圍出口或有其他違法情形的，將依法受到行政處罰或追究刑事責(zé)任。

“鎵”，其實(shí)是一個(gè)戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源大家族的新成員。很多人對(duì)它可能很陌生，但光伏人都知道，“鎵”對(duì)于光伏來說，太重要了。

鎵、鍺都是重要的稀有金屬，在半導(dǎo)體材料、新能源等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其中，鎵更是被稱為“半導(dǎo)體工業(yè)新糧食”，鍺也是重要的半導(dǎo)體材料之一。

從全球產(chǎn)量來看，中國的鎵、鍺金屬產(chǎn)量占比最高，分別高達(dá)90%、68%。另外，市場普遍認(rèn)為，在美國打壓我國高科技產(chǎn)業(yè)的背景之下，我們對(duì)上述兩種稀有金融的出口管制，或許意味著一種對(duì)等反制。

01

鎵，真是捧在手里怕化了

鎵，實(shí)際上是第一個(gè)被“預(yù)言”的元素。在元素周期表發(fā)明以后，是“鎵”這種東西，第一次填補(bǔ)了元素周期表中預(yù)留的“空位”。

1875年，法國科學(xué)家布瓦博得朗在閃鋅礦礦石中首次發(fā)現(xiàn)了鎵，并以法國在西羅馬時(shí)期的名字Gallia（“高盧”）命名，元素符號(hào)定為Ga。

鎵這種金屬很神奇，熔點(diǎn)很低，只有29.78℃，這個(gè)溫度放在手中即可融化。然而，它的沸點(diǎn)卻高達(dá)2403℃。因此，鎵也是自然界液相條件下溫差最大的金屬元素。

鎵的用處很多，對(duì)于光伏產(chǎn)業(yè)而言，可以稱得上是一種有劃時(shí)代意義的稀有金屬。

硅片分為N型、P型。P型、N型主要是根據(jù)硅料摻入雜質(zhì)及導(dǎo)電類型的不同劃分當(dāng)硅中摻雜硼、鋁、鎵等，以空穴導(dǎo)電為主時(shí)，為P型；當(dāng)硅中摻雜磷、砷、銻等，以電子導(dǎo)電為主，為N型。

鎵在光伏上的應(yīng)用，離不開施博士母校——澳大利亞新南威爾士大學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)。最初，該大學(xué)光伏和可再生能源工程學(xué)院小組的研究表明，在光伏電池的硅中加入鎵，可以導(dǎo)致非常穩(wěn)定的太陽能電池板，使用壽命中更不容易退化。

簡要說說鎵的原理。

太陽能電池通過利用太陽光的能量來"分解"硅中的負(fù)電荷或電子，將太陽光轉(zhuǎn)化為電能。然后，這些電子被收集為電能。然而，將光照在一塊普通的硅上并不能發(fā)電，因?yàn)閺墓庵嗅尫诺碾娮硬⒉欢际浅粋€(gè)方向流動(dòng)。為了使電力朝一個(gè)方向流動(dòng)，我們需要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)電場。

在目前的硅太陽能電池中，是通過在硅中添加不同的雜質(zhì)原子來實(shí)現(xiàn)的，以創(chuàng)造一個(gè)比正常硅有更多負(fù)電荷的區(qū)域（n型硅）和一個(gè)有較少負(fù)電荷的區(qū)域（p型硅）。當(dāng)我們把這兩部分硅放在一起時(shí)，我們形成了所謂的"p-n結(jié)"，這使太陽能電池得以運(yùn)行，而向硅中添加雜質(zhì)原子的做法被稱為"摻雜"。

最初，人們摻雜硼。但是硼原子有一個(gè)弱點(diǎn)，就是陽光照在充滿硼的硅上，會(huì)使硅的質(zhì)量下降，這通常被稱為"光誘導(dǎo)的退化"，在過去十年中，這個(gè)問題一直是太陽能研究的熱門話題。

這種退化的原因相對(duì)來說很好理解當(dāng)我們制造純硅材料時(shí)，我們必須有目的地添加一些雜質(zhì)，如硼，以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電力的電場。然而，其他不需要的原子也因此而被納入硅中。這些原子之一就是氧，它從坩堝中就被加入到硅中。

當(dāng)光照在同時(shí)含有硼和氧的硅上時(shí)，它們會(huì)結(jié)合在一起，造成一種缺陷，可以捕獲電力并減少太陽能電池板產(chǎn)生的電量。這就意味著為太陽能電池板提供動(dòng)力的陽光，也會(huì)縮減組件的壽命。

就在這時(shí)，“鎵”出現(xiàn)了。因?yàn)榕鸩⒉皇俏覀兛梢杂脕碇圃靝型硅的唯一元素。實(shí)際上，在元素周期表中，有一整列的元素都比硅少一個(gè)負(fù)電荷，其中最適合的就是“鎵”。

鎵最大的優(yōu)點(diǎn)就是，它不會(huì)與氧氣結(jié)合在一起而導(dǎo)致光伏組件退化。但是，鎵的作用雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了二十多年，但一直沒有被使用。

這是為什么呢？因?yàn)橐患胰毡竟?mdash;—信越化學(xué)，該公司在半導(dǎo)體硅片領(lǐng)域有接近30%的市占率。在2000年，該公司將摻鎵硅片技術(shù)在美國和歐洲申請(qǐng)了專利保護(hù)。在專利保護(hù)期內(nèi)，隆基、晶澳等皆是通過購買授權(quán)才獲得使用權(quán)。2020年5月，這個(gè)硅摻雜鎵的專利過期，行業(yè)才開始迅速從硼轉(zhuǎn)向鎵來制造p型硅，并大大推動(dòng)了Perc的發(fā)展。

02

限“鎵”，效果會(huì)很大

高純金屬鎵

鎵在自然界中通常不會(huì)單獨(dú)發(fā)現(xiàn)。相反，它是作為精煉廠的副產(chǎn)品以小濃度生產(chǎn)的，這些精煉廠專注于鋅或氧化鋁等其他更主流的原材料。

與銅或石油等其他大宗商品相比，該市場規(guī)模很小——例如，根據(jù)美國政府發(fā)布的數(shù)據(jù)，2022年美國進(jìn)口的金屬鎵和砷化鎵晶圓的價(jià)值僅為2.25 億美元左右。但是，它們?cè)趹?zhàn)略行業(yè)的作用，意味著限制措施仍可能產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

鎵被稱為“半導(dǎo)體工業(yè)新糧食”，被廣泛應(yīng)用于光伏、磁性材料、醫(yī)療、化工特別是無線通訊、LED等領(lǐng)域。

砷化鎵作為重要的第二代半導(dǎo)體材料，是目前最為成熟、生產(chǎn)量最大的化合物半導(dǎo)體材料之一。鎵用于化合物半導(dǎo)體，它結(jié)合了多種元素以提高電視和手機(jī)屏幕、太陽能電池板和雷達(dá)的傳輸速度和效率。

因此，金屬鎵不僅被中國作為戰(zhàn)略性儲(chǔ)備礦產(chǎn)之一，也先后被歐盟、美國、日本等發(fā)達(dá)地區(qū)列入戰(zhàn)略性或關(guān)鍵礦產(chǎn)目錄。

從全球產(chǎn)量來看，中國產(chǎn)量占比最高。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）數(shù)據(jù)，哈薩克斯坦、匈牙利、德國、烏克蘭分別于2013年、2015年、2016年、2019年停止了鎵生產(chǎn)，中國鎵占比全球鎵產(chǎn)量持續(xù)提升。2020年全球粗鎵產(chǎn)量也不過是300噸，其中我國的產(chǎn)量就高達(dá)290噸，占全球產(chǎn)量的96%以上。

另外，我國的金屬鎵儲(chǔ)量同樣是全球第一。目前，全球金屬鎵的儲(chǔ)量約為27.93萬噸，而中國的儲(chǔ)量最多，達(dá)到19萬噸，占全球儲(chǔ)量的68%。

趕碳號(hào)查了下，鎵的價(jià)，并不高，每公斤還不到2000塊。這怎么行？！

來源金投網(wǎng)

據(jù)海外金屬行業(yè)情報(bào)提供商CRU集團(tuán)表示，雖然鎵金屬可以替代，但這樣做可能會(huì)成本極高。

實(shí)際上，鎵并非特別稀有的金屬，但加工成本很高。由于我國長期以來一直以相對(duì)便宜的價(jià)格出口這些金屬，因此其他地方幾乎沒有開采這些金屬的設(shè)施。但如果中國的舉措導(dǎo)致價(jià)格飆升，分析師預(yù)計(jì)其他國家的產(chǎn)量或許也會(huì)增加，來滿足需求。

當(dāng)然，回收也在考慮之中。據(jù)美國地質(zhì)勘探局稱，工廠車間的廢料可以解決部分需求。

除中國外，其他擁有鎵生產(chǎn)能力的國家包括俄羅斯和烏克蘭，因?yàn)檫@些金屬是作為氧化鋁的副產(chǎn)品生產(chǎn)的，以及韓國和日本——作為鋅的副產(chǎn)品。

END

聲明《趕碳號(hào)》原創(chuàng)文章，如需轉(zhuǎn)載或部分引用，均應(yīng)取得授權(quán)并注明出處。

原文標(biāo)題:光伏曾經(jīng)離不開的“鎵” ，絕對(duì)是一種戰(zhàn)略性礦產(chǎn)，最近火了！