中國的光伏產(chǎn)業(yè)是如何崛起的？TOPCON何時替代PERC？未來光伏會被應用于太空中嗎？近日，世界太陽能之父馬丁·格林（Martin Andrew Green）做客彭博社的著名播客節(jié)目“零排放”（Zero），談論了光伏產(chǎn)業(yè)的前世今生和未來發(fā)展。
馬丁·格林是新南威爾士大學教授，被譽為“世界太陽能之父”。他因在“高效硅光伏器件的開發(fā)”方面的成就，在2021年獲得日本國際獎。
他在光伏研發(fā)方面的工作使現(xiàn)代太陽能產(chǎn)業(yè)得以實現(xiàn)，去年生產(chǎn)的90%的光伏組件都是基于他的發(fā)明：TOPCon和PERC起源于他的實驗室，中國光伏教父施正榮博士是他的門徒。本文是馬丁在此次播客節(jié)目發(fā)言的節(jié)選。
主持人：中國幾乎占了今天全球光伏產(chǎn)量的一半。這是怎么發(fā)生的？
馬?。?0世紀的太陽能產(chǎn)業(yè)還只是一個小眾產(chǎn)業(yè)。真正創(chuàng)建現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)并讓太陽能電池在成本和生產(chǎn)量方面具有競爭力的，其實是我的學生們在世紀之交對中國制造業(yè)產(chǎn)生興趣。但尤其是我的一個學生，施正榮博士，他懷有在中國建立制造業(yè)的雄心壯志，我們知道這將是多么困難，所以我個人試圖勸阻他。幸運的是，我沒有成功，因為如果沒有他的決心，現(xiàn)代太陽能產(chǎn)業(yè)就不會存在。
他的進展引起了美國投資銀行的關注。我知道的主要有高盛和摩根士丹利這兩家，它們都對他在美國上市產(chǎn)生了興趣，因為那個時代，中國股票非常受歡迎。每個人都能看出這一切進展得非常順利，實際上也確實如此。
施正榮在2005年，即第一次生產(chǎn)電池僅三年后，就在紐約證券交易所上市，這也是2005年最大的科技企業(yè)首次公開招股。突然間，通過這次資本募集，他的公司得到了4億美元的注入。他仍然擁有公司的大部分股份，因此通過這次上市，他成為了第一個太陽能億萬富翁。但這非常重要，因為它引發(fā)了一場美國投資銀行尋找其他能夠仿效第一家成功公司的中國公司的熱潮。
當然，也有很多中國公司對獲得4億美元的意外財富感興趣。所以在2005年到2010年之間，有10家中國太陽能公司在美國交易所上市，包括紐約和納斯達克。其中六家至今仍然是全球前10大制造商，形成了該行業(yè)的骨干。
施正榮的成功激發(fā)了其他在中國的公司希望在美國交易所上市，而美國投資銀行的盡職調(diào)查的一部分就是確保他們能接觸到先進的技術。因為施正榮出自我們的團隊，所以從我們團隊招聘人員成為了公司技術高管的優(yōu)先事項。因此在那段時間我們損失了很多員工，但事實證明這是非常重要的。它大大降低了太陽能的成本，以至于你現(xiàn)在可以把它作為應對氣候變化的可行選項來討論。同時，它還在中國創(chuàng)造了一個龐大的產(chǎn)業(yè)。我們都感到自豪，因為我們能以這種方式推動產(chǎn)業(yè)的起步。
主持人：如何看待西方將全世界對中國光伏行業(yè)的依賴視為威脅？
馬?。喊拇罄麃喌拇髮W在很大程度上依賴于來自中國的留學生，因為他們占據(jù)了學校總預算的很大一部分。所以我們不希望他們停止來澳。你知道，我們在世紀之交還做了另一件事，那就是創(chuàng)建了世界上第一個光伏工程本科學位課程，大約一半的學生是來自中國的海外留學生。但我認為，這對世界來說是一個好結(jié)果，因為它給我們提供了低成本的太陽能電池。現(xiàn)在，其他國家有機會進入太陽能電池制造行業(yè)。
我不認為他們能夠與中國的成本相匹敵，但成本已經(jīng)降得如此之低，以至于我認為你不需要絕對最低的成本才能與其他可用的選項競爭。所以我正在與一家印度公司合作，試圖讓他們達到制造水平。我認為印度有建立一個可行產(chǎn)業(yè)的最佳前景，因為他們也非常堅定地想要成功地進入電池制造行業(yè)。
發(fā)明人設立公司，然后有人買斷他們，發(fā)明人因此從他們的發(fā)明中獲利，這是一種常見的方式。我以前的很多學生都比我富有，因為他們被中國的合資企業(yè)收購了。
非常低的成本和非?；钴S、有競爭力的行業(yè)，這是我的學生們在中國成功的原因之一。但在澳大利亞，這個行業(yè)不可能發(fā)展到與中國相同的規(guī)模和體量。我覺得認為澳大利亞本可以走中國已經(jīng)走過的路是有些異想天開的。澳大利亞市場與中國市場相比非常小，因此不會有與在中國一樣的來自美國投資者的興趣。
主持人：光伏技術變化如此之快，為什么中國人能在這樣一個快速變化的技術環(huán)境中盈利？
馬?。哼@其實都是我們團隊的“過錯”，因為是我的學生們在中國建立了這個產(chǎn)業(yè)。他們迅速達到了全球無法匹敵的規(guī)模。然后他們在中國所做的一切都降低了成本。
我的一些學生說過：如果他們能從中國買到一臺設備，那么成本將是從歐洲或美國購買的三分之一?，F(xiàn)在他們幾乎所有的事都是在中國做的。有很多人在不同的公司之間流動，如果他們表現(xiàn)出色，就會被挖走，可能在一家公司只呆28個月，然后轉(zhuǎn)到下一家。
所有的設備供應商都在中國，他們都愿意透露公司的競爭對手如何使用他們的設備以及如何做到這一點。另外，許多中國光伏行業(yè)的人都在使用微信。我們大約500名校友就會有自己的微信群。他們會在其中談論一家公司的表現(xiàn)如何等等。信息就會以一種在其他國家難以實現(xiàn)的方式傳播開來。這使每個人都能很快達到最佳實踐，并推動整個行業(yè)向前發(fā)展。
主持人：晶硅電池到達極限了嗎？
馬?。何覀兛偸菚J為在硅電池方面已經(jīng)做到了極限。1999年的時候我們認為25%的效率就是極限?，F(xiàn)在，我正在寫一篇論文，認為行業(yè)可以把效率提升到28%。也許10年之后，我會把極限修改的更高。
一個太陽能電池有點像一個光子轉(zhuǎn)換器。一個能量足夠的光子會在外部電路中產(chǎn)生一個電子，不管是藍色光子還是紅色光子，它們還是會完成同樣的工作。（在太陽能電池中，紅光子（red photons）和藍光子（blue photons）是太陽光譜中的不同組成部分，它們具有不同的能量水平。藍光子具有更高的能量，而紅光子具有較低的能量。）
如果你能將一種擅長處理藍色光子的電池堆疊在硅電池的上面，你就可以通過專門化電池功能來提高性能。所以你有一個能很好地處理藍色的電池堆疊在硅電池上，它會抓住所有藍色光子并比硅電池更有效地將它們轉(zhuǎn)化。然后紅色光子會穿過到硅電池，該電池可以相當有效地轉(zhuǎn)化它們。然后，你會從這個過程中獲得效率的提升。
這就是疊層電池。我們有一個疊加轉(zhuǎn)換器，一個實際的光伏發(fā)電系統(tǒng)，你可以將它置于陽光下進行測試，而不僅僅是在室內(nèi)閃光燈下進行測試。它可以將陽光中落在孔徑上的40.6%能量轉(zhuǎn)化為電力。這目前是全部技術室外太陽能轉(zhuǎn)換的世界紀錄。它有四個電池轉(zhuǎn)化太陽光譜的不同部分。
在地球上的陽光下，疊層電池理論極限是68%。但我不認為我們會接近那個數(shù)字，那需要大概有20個或30個電池堆疊在一起。這種情況下可能不再具有商業(yè)經(jīng)濟性。40%是我認為具有商業(yè)可能性的轉(zhuǎn)換效率。當然這不會很快發(fā)生，也許20年之后，我們的商用光伏組件可以達到這種效率。
現(xiàn)在全球安裝的PERC電池比人類歷史上所有的太陽能電力發(fā)電量還要多，顯然，我們?yōu)榇烁械椒浅Ｗ院?。下一個光伏主流技術可能會是TOPCon，也是起源于我們的實驗室。我們優(yōu)先考慮了PERC，因為它更容易制造，并幫助我們快速實現(xiàn)了25%的效率目標。所以這兩種技術在本十年內(nèi)都會發(fā)揮重要作用。
主持人：在太空中可以得到更高效的光伏電池嗎？
馬?。亨?，可能效率不會更高。因為穿過大氣層后，太空中的光譜會有些許不同。但在太空中，能量更多，并且全部都來自同一個方向。因此，如果能夠高效、有效地將能量傳回地球，那么在太空中進行光電轉(zhuǎn)換是有優(yōu)勢的。
另一個優(yōu)點是，你在太空中幾乎可以全天候、接近24小時獲得電力。因此，近年來對這一方向的興趣有所復蘇。但我認為地表太陽能更為便宜，可能不需要開發(fā)太空太陽能。當然，也可能存在某些應用場景能更有效地生成電力。
主持人：您如何看待鈣鈦礦電池？
馬?。何覍@個問題一直很感興趣，這可以追溯到80年代。但硅具有四個很難被其他材料匹敵的屬性。第一是豐富性，它是地殼中第二豐富的元素。第二是無毒性，它是無毒的。第三是穩(wěn)定性，它是一種非常穩(wěn)定的材料。第四是效率，總共只有七種材料在轉(zhuǎn)換陽光方面表現(xiàn)出超過20%的效率，硅是其中最穩(wěn)定的一種，也是唯一一個符合我提到的這四個標準的材料。
現(xiàn)在其他材料也已用于太陽能生產(chǎn)，比如硫化鎘就是其中之一，它是鎘（一種高度有毒、非常令人討厭的金屬）和碲（一種非常稀有的材料，甚至比黃金還稀有）的化合物。從目前的供應情況來看，碲因為過去沒有什么實際用途而并不成問題。你可以看出，這項技術存在的問題，它甚至無法滿足當前全球太陽能的生產(chǎn)需求。所以我們一直在尋找符合這四個條件的材料。
目前最有前途的候選材料是鈣鈦礦材料。但不幸的是，這涉及到鉛，這在毒性方面是不合格的。這種材料能提供良好的效率，所以在這一方面有很大的優(yōu)勢。但穩(wěn)定性是主要問題，戶外環(huán)境非常惡劣，即使是硅也在某些情況下難以應對。
所以，對于一個在穩(wěn)定性方面處于極端的材料，我很難看到會有什么進展。近年來鈣鈦礦的研究確實取得了一些進展，但這更多是線性的進展，而如果要開發(fā)一個可行的產(chǎn)品，我們需要在穩(wěn)定性方面取得指數(shù)級的進展。因此，我們?nèi)栽趯ふ移渌蜻x材料。我不確定鈣鈦礦存在的問題能否及時解決進入商業(yè)化應用。
我們希望疊層電池在本十年末左右能投入使用。實驗室里的40%轉(zhuǎn)換效率貴的離譜，只有更低的成本和可商業(yè)化的技術重復才能讓如此高的效率盡可能普及開來。
原標題：太陽能之父Martin Green：我曾勸施正榮不要在中國搞光伏，疊層效率已突破40%
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