“實(shí)踐一號(hào)”衛(wèi)星空間硅太陽(yáng)電池研制親歷人回顧

編者按致敬所有光伏的前行者，開(kāi)拓者和奮進(jìn)者。

執(zhí)行這項(xiàng)秘密任務(wù)已過(guò)了半個(gè)世紀(jì)?！锌圃喊雽?dǎo)體所306組

“我要推動(dòng)世界普及光伏發(fā)電?！薄猂ichard Swanson，Sunpower創(chuàng)始人

“疊瓦組件一定是未來(lái)五年的主流。”——沃特維董事長(zhǎng)，趙丹

1965年8月，周總理主持中央專(zhuān)委會(huì)議，原則批準(zhǔn)了中國(guó)科學(xué)院《關(guān)于發(fā)展中國(guó)人造衛(wèi)星工作規(guī)劃方案建議》確定將人造衛(wèi)星研制列為國(guó)家尖端技術(shù)發(fā)展的一項(xiàng)重大任務(wù)。并確定整個(gè)衛(wèi)星工程由國(guó)防科委負(fù)責(zé)組織協(xié)調(diào)，衛(wèi)星本體和地面檢測(cè)系統(tǒng)由中國(guó)科學(xué)院負(fù)責(zé)，運(yùn)載火箭由七機(jī)部、衛(wèi)星發(fā)射場(chǎng)由國(guó)防科委試驗(yàn)基地負(fù)責(zé)建設(shè)。因是一月份正式提出建議，國(guó)家將人造地球衛(wèi)星工程的代號(hào)定名為“651”任務(wù)。全國(guó)的人、財(cái)、物遇到“651”均開(kāi)綠燈，這樣中國(guó)衛(wèi)星就從全面規(guī)劃階段，進(jìn)入工程研制階段。

國(guó)防科工委提出，希望用太陽(yáng)能作為動(dòng)力，讓衛(wèi)星能夠長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)行。

此時(shí)用太陽(yáng)能發(fā)電對(duì)于當(dāng)時(shí)各國(guó)而言都是前沿領(lǐng)域，何況一個(gè)建國(guó)后百?gòu)U待興的中國(guó)。完全零基礎(chǔ)的中國(guó)產(chǎn)業(yè)為此已經(jīng)預(yù)熱了10年。

1955年夏，林蘭英，這位日后被稱(chēng)為中國(guó)半導(dǎo)體材料之母、中國(guó)太空材料之母的傳奇科學(xué)家，成為賓夕法尼亞大學(xué)建校115年來(lái)的第一位中國(guó)博士，也是該校有史以來(lái)的第一位女博士。學(xué)習(xí)期間，適逢美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家運(yùn)用固體物理理論解釋了半導(dǎo)體現(xiàn)象，并與冶金技術(shù)結(jié)合制成了世界上第一塊半導(dǎo)體鍺單晶，轟動(dòng)了全世界。正在學(xué)習(xí)固體物理的林蘭英，迅速發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)研究對(duì)國(guó)家戰(zhàn)略的巨大意義，開(kāi)始了對(duì)半導(dǎo)體材料的研究。

之后，她被聘為從事半導(dǎo)體科研工作的索菲尼亞公司高級(jí)工程師，成功地介入了拉制第一根硅單晶，又為公司申報(bào)了兩項(xiàng)專(zhuān)利，論文陸續(xù)在權(quán)威學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表，公司三次提高她的年薪，另一家半導(dǎo)體公司開(kāi)出更高的價(jià)格，想挖走林先生。面對(duì)種種優(yōu)惠條件和常人夢(mèng)寐以求的誘惑，林先生沖破重重阻撓，于1957年毅然回國(guó)。她的積蓄全被美國(guó)當(dāng)局扣押，回國(guó)后已經(jīng)身無(wú)分文，卻帶回來(lái)價(jià)值20多萬(wàn)元的500克鍺單晶和100克硅單晶，無(wú)償?shù)刭?zèng)給了中國(guó)科學(xué)院。

當(dāng)時(shí)中國(guó)的半導(dǎo)體研究才剛剛起步，在蘇聯(lián)專(zhuān)家指導(dǎo)下，中國(guó)制定了《全國(guó)十二年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃》。美國(guó)學(xué)者曾斷言，中國(guó)要到60年代才能著手于半導(dǎo)體單晶材料的研究，但王守武，廖德榮，姜文甫等在林蘭英協(xié)助下，于1957年11月拉制了中國(guó)第一根鍺單晶。1958年秋，林先生用從國(guó)外帶回的硅單晶做籽晶，拉制成功了中國(guó)第一根硅單晶。到1962年秋，林先生悉心指導(dǎo)科研人員，利用自行設(shè)計(jì)制作的硅單晶爐，拉制成功了無(wú)位錯(cuò)的硅單晶。

林蘭英先生

在有了基礎(chǔ)材料后，現(xiàn)年99歲的湯定元院士在1960年組建了硅太陽(yáng)能電池研究組，1965年，半導(dǎo)體所306組黃景森，顧逢庚，江明洛，黃運(yùn)衡， 陳宗圭，周增圻，李麗萍，梁基本，潘榮俊，彭明忠，孫殿照，孔梅影，錢(qián)福元及一室等有關(guān)人員使得 p＋／n （n－襯底）硅太陽(yáng)電池達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平15％左右。

在那個(gè)各國(guó)都在用剛開(kāi)始研究空天科技的年代，人類(lèi)的科技樹(shù)是圓形的而非現(xiàn)在的線型結(jié)構(gòu)。各個(gè)領(lǐng)域的材料要突破，設(shè)備要自主研發(fā)，往往需要舉國(guó)之力共同完成。

熟悉Richard Swanson的人一般稱(chēng)其為“Bob”。隨后，他寫(xiě)信給他的恩師James和Gerald“我要推動(dòng)世界普及光伏發(fā)電?！?0年后，這句話被另外一個(gè)夢(mèng)想家引用，他的名字叫埃隆馬斯克，在那一年創(chuàng)辦了Solarcity。

導(dǎo)師Gerald是光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展史上最重要的大牛之一，曾向愛(ài)因斯坦尋求智慧，于1954年在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)研制了最早的硅基光伏電池，將光伏效率從不足0．5％提升至6％，也奠定了硅基光伏電池的主流方向。也是因?yàn)槿绱?，全球才掀起了研究光伏電池的熱潮，美蘇日法等國(guó)均加入光伏電池的研究中，并希望將其用于航天產(chǎn)業(yè)，也正因如此，才有了中國(guó)的“651”任務(wù)。

這種科技界最頂級(jí)的“血統(tǒng)”，讓Sunpower一開(kāi)始就走的“科技流”打法，在高效電池組件方面一直全球領(lǐng)先。Sunpower一直是最受業(yè)界尊敬的科技企業(yè)之一，不走尋常路，只為高效而生。

2012年蘇州 你好，理想

距趙丹退出江西瑞晶已經(jīng)有一年時(shí)間。77年生人的趙丹家庭條件優(yōu)渥，讀完MBA后，看到光伏產(chǎn)業(yè)潛力，于2007年10月開(kāi)始與股東們籌建瑞晶。2009年3月，江西瑞晶投產(chǎn)，2011年擬上市前夕，趙丹拿了一筆錢(qián)退出。

“退出是半主動(dòng)的。”趙丹說(shuō)。但心里還是有點(diǎn)不舒服的他原本想再建一個(gè)光伏電池企業(yè)。2012年趙丹在常熟拿了塊地后，卻因緣際會(huì)遇到了沃特維的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。

這是一個(gè)原來(lái)做半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，從事光伏研究五年后，遇到了美國(guó)和歐盟對(duì)中國(guó)光伏進(jìn)行雙反，面臨整體裁員轉(zhuǎn)行的局面。趙丹覺(jué)得雙方聊得很投契，決定拉這個(gè)團(tuán)隊(duì)一把。“當(dāng)時(shí)幾百萬(wàn)就可以控股?！边@對(duì)彼時(shí)趙丹的身家來(lái)說(shuō)不算什么，但他為了團(tuán)隊(duì)的積極性，并沒(méi)有選擇這么做，而是選擇了共同創(chuàng)業(yè)，共獻(xiàn)資源，共同努力打造新的創(chuàng)新型的團(tuán)隊(duì)。

沃特維有了資金支持后，開(kāi)始把技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室導(dǎo)入到生產(chǎn)線上，成為當(dāng)時(shí)整個(gè)中國(guó)光伏設(shè)備圈里面最后一個(gè)做串焊機(jī)的設(shè)備商。但沃特維成長(zhǎng)很快，在2年之內(nèi)打牢根基，第三年即拿到了當(dāng)年出貨量第三的業(yè)績(jī)。

王占國(guó)等人在做硅太陽(yáng)能電池輻照和質(zhì)子輻照實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在1MeV電子輻照下，n＋／p低阻電池比p＋／n電池耐輻照20－30倍， n＋／p高阻電池比n＋／p低阻電池耐輻照4－5倍。6－8MeV質(zhì)子輻照n＋／p低阻電池比p＋／n電池耐輻照5倍左右。供空間使用的硅光電池要選用 n＋／p電池，最好用高阻的 n＋／p電池。

在1967年年底召開(kāi)的電池定型會(huì)上，這個(gè)結(jié)構(gòu)正式被“651”任務(wù)采納。

而組件的設(shè)計(jì)，當(dāng)時(shí)國(guó)際上通用的有兩種方式平板結(jié)構(gòu)和疊瓦結(jié)構(gòu)。但兩種結(jié)構(gòu)作為空間電池來(lái)說(shuō)都有缺陷平板結(jié)構(gòu)電極容易損壞，疊瓦結(jié)構(gòu)可靠？性較差，工藝復(fù)雜。

于是，黃運(yùn)衡和 江明洛等研究人員創(chuàng)新地設(shè)計(jì)出了一種“搓板式”結(jié)構(gòu)，結(jié)合了疊瓦與平板式的結(jié)構(gòu)，每一條有10塊電池串聯(lián)構(gòu)成，后一片電池背面壓在前一片電池主柵上，具備疊瓦擴(kuò)大電池片受光面積的同時(shí)，減小了串聯(lián)電阻，也解決了電極保護(hù)問(wèn)題。

科研團(tuán)隊(duì)還出了點(diǎn)小意外，王占國(guó)手臂被輻照曬傷，直到半年之后才痊愈。

這十六年間，他被硅谷屢次拒絕，找過(guò)BP等石油公司，都以失望收?qǐng)觯?0年代石油價(jià)格飆升，許多政府意識(shí)到需要有一種新的能源來(lái)削弱石油的統(tǒng)治地位，降低風(fēng)險(xiǎn)。許多機(jī)構(gòu)和政府開(kāi)始買(mǎi)一些Sunpower的產(chǎn)品，這時(shí)Sunpower和本田合作的光伏電動(dòng)車(chē)在比賽中收獲冠軍，也讓其在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域聲名大噪。1997年，克林頓也提出“百萬(wàn)屋頂”計(jì)劃，天合CEO高紀(jì)凡就于此時(shí)進(jìn)入光伏業(yè)，但后續(xù)美國(guó)政府仍然是雷聲大，雨點(diǎn)小。

2001年，公司現(xiàn)金流捉襟見(jiàn)肘的Richard Swanson在創(chuàng)業(yè)16年后，于最谷底找到了同窗，畢業(yè)后去半導(dǎo)體領(lǐng)域發(fā)展的T．J． Rodgers。此時(shí)這位師弟已經(jīng)是賽普拉斯半導(dǎo)體公司總裁兼CEO，他發(fā)現(xiàn)Sunpower的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，只差大規(guī)模生產(chǎn)降低成本。于是他寫(xiě)了一張75萬(wàn)美元的支票給Sunpower，助其實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，隨后說(shuō)服董事會(huì)，為Sunpower爭(zhēng)取到了800萬(wàn)美元的投資，將成本大幅下降，賽普拉斯半導(dǎo)體公司同時(shí)向SunPower提供其在技術(shù)開(kāi)發(fā)和大批量生產(chǎn)方面的技術(shù)專(zhuān)長(zhǎng)。

2003年，Richard Swanson邀請(qǐng)Silicon Light Machine （Cypress Semi光學(xué)分公司）CEO，德國(guó)人Tom Werner 擔(dān)任公司CEO，自己退居二線專(zhuān)管大方向，而Tom Werner主要負(fù)責(zé)將公司產(chǎn)品成本進(jìn)一步壓縮，T．J． Rodgers同時(shí)也兼任Sunpower的董事長(zhǎng)。

2004年Sunpower發(fā)布了當(dāng)時(shí)世界上效率最高的低成本硅太陽(yáng)IBC電池A－300，效率超過(guò)20％，相比之下，當(dāng)時(shí)量產(chǎn)光伏電池的效率僅為12％－15％。