清代天文学家李锐......
追逐阳光，造福祖国！他让太阳电池成为中国制造的优秀样本
来源：互联网
2024-11-12 00:17:43 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们
当天然气、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳电池制造业争相投入巨资、扩大生产，以争一席之地。中国在这场竞争中并未示弱，随着国家支持力度的不断加大，科研水平的持续提高，从20世纪50年代起步至今，我国已成为国际太阳电池行业中的翘楚，成功超越日本、欧洲等国家和地区，成为世界太阳电池生产及应用的第一大国。
▲麦耀华在广东省政协会议上发言
多年从事薄膜光伏材料与太阳电池研究的麦耀华很幸运，博士毕业时他正赶上中国太阳电池发展的爆发期，携一身所学，怀抱对祖国的深情与眷恋，他毅然回国，从河北到广东，从企业到高校，在不同角色岗位上的历练让麦耀华的羽翼不断丰满。立志为祖国太阳电池产业的发展壮大倾其所能的麦耀华有一个目标：让中国制造真正成为国人的荣耀和骄傲。
紧跟学术前沿热点
“允公允能，日新月异”——南开大学校训，以一种博大的精神力量，感召、启迪着一代又一代南开人。麦耀华努力进取、质朴务实、积极热忱、爱国敬业的劲头，恰是这种精神在他身上的映照。
麦耀华是不折不扣的南开人，在南开他完成了本科、硕士、博士的全部学业。因表现出色，2002年他获得赴德国于利希研究中心光伏研究所攻读博士的机会，这是南开与德国于利希研究中心的一个联合培养项目，在这里麦耀华展开了对太阳电池国际前沿热点问题的不懈探索。
高速沉积优质微晶硅有两种最常用的方法，等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）和热丝辅助化学气相沉积（HWCVD）在沉积过程和沉积机理上差异很大，因此两种方法得到的微晶硅太阳电池也有很大的差异。人们发现PECVD法存在非常陡峭的相变区，无法获得与HWCVD相应的高开路电压。为了研究这两种方法在材料生长过程中结构演变对太阳电池的影响，麦耀华采用了一种新的“Depth profile（深度剖析）”方法，发现材料的结构演变与籽晶层及生长速率等参数密切相关。在使用相同的、高晶化率的p层和较低i层的生长速率的情况下，证明了PECVD法的太阳电池可以获得和HWCVD法相似的均匀结构。
麦耀华还进一步比较了两种材料的电学和光学特性以及微观结构上的差异，认为这两种不同方法制备的材料本身是非常相似的，并不存在人们预想的巨大差异。通过对器件输运特性的分析，他断定导致上述差异的原因是HWCVD太阳电池有着更好的界面特性，特别是p/i界面特性。为了验证这个思想，他设计了一个巧妙的实验，采用HWCVD法的优点改善了PECVD法太阳电池的p/i界面，结果使PECVD具备了和HWCVD相似的特性,使电池的开路电压比通常提高了40mV。上述结果在2004年乌得勒支（Utrecht）第3届国际HWCVD会议上作了口头报告，美国HWCVD技术创始人、国家可再生能源实验室（NREL）的哈维·马汉（Harv Mahan）在大会的概述报告上认为“这是本届会议器件类最值得关注的文章”。这些成果最终使单结微晶硅太阳电池的效率达到10.3%，以高效率获得关注。
博士毕业之后，麦耀华选择了荷兰乌得勒支大学（Utrecht University）德拜研究所，在那里开展背接触硅基异质结太阳电池（HBC）的研究。
致力提升产品质量
麦耀华并未打算在国外长期工作生活下去，他认为中国人就要在中国发展，而且也只有在祖国才能发展得更好，在不断提升自我的过程中，他一直在等待回国的时机。2007年10月，天威集团总经理丁强的到访，让他回国的想法最终成行。
天威集团是国内最早一批进入新能源领域的企业，主推产品是晶体硅原材料和太阳电池，2007年时产能规模在全球已处领跑地位，很多证券分析师称之为“新能源龙头企业”。
从2006年下半年开始，晶体硅原料多晶硅、单晶硅的价格一路走高，致使太阳电池生产成本节节攀升，欧美用户不得不寻找新型材料的太阳电池。这种情况下，过去因转换效率低而不被看好的薄膜太阳电池重新受到青睐，开始大规模产业化应用，同时技术和工艺的改造、创新也在加速推近，前景乐观。
在此背景下，天威集团希望能稳固和深化它在行业的地位，并且认为薄膜电池是未来发展的方向之一，于是开始四处网罗人才。麦耀华回忆：“丁总到了欧洲，见了我还有另外几人，我们互相交流了想法，丁总谈了天威当时的状况和将来的规划，天威的实力和未来的前景都令我心生向往。”在丁强的感召下，几个月后麦耀华回国并加入天威。
2008年1月，麦耀华作为主要创始人之一，与保定天威保变电气股份有限公司一起创立了保定天威薄膜光伏有限公司。自公司成立以来，麦耀华负责公司技术研发和质量保证等工作，在将国外先进技术应用到公司的同时，还组织技术人员定期开展学习培训，使公司整体技术水平得到全面提高。
麦耀华尤为看重产品的质量，他出国时，中国还没有像华为这样响当当的品牌，那时中国是一个世界工厂，生产着世界三分之二的鼠标、键盘这类比较低端的产品。因为中国的装备制造业不发达，所以国外有人经常将中国制造（Made in China）和产品质量差画等号。“有一次去踢球，我的脚受伤了，有个同事说果然是‘Made in China’的脚，当然这只是同事间的玩笑，但说者无心听者有意。”麦耀华说，“从那时起，我就决定要回国做些我们自己原创的、高质量的产品。”
作为保定天威薄膜光伏有限公司的首席技术官，无论是在新工艺还是新技术的开发上，麦耀华都狠抓质量。“虽然高质量是建立在一定成本基础上的，不能要求产品必须百分之百完美，但我们要做的是要在相应的成本上让产品质量尽最大可能提升。”麦耀华说。
麦耀华的努力获得了回应。2010年年中，天威薄膜与全球太阳电池排名第一的厂商——美国第一太阳能公司在德国“狭路相逢”。美国第一太阳能公司不仅薄膜电池产能最大，也是多晶硅电池产能最大的厂商，是名副其实的双料冠军，业界翘楚。由天威和美国第一太阳能各自提供的太阳电池工程项目，是紧挨在一起的两排房子，犹如形成了一个相互展现自己技术水平的擂台。半年以后，第三方独立的评价机构从用户那里收集实际单位装机功率发电数据，结果天威薄膜胜出。
“我们的发电量要比‘美国第一太阳能’多10%。它可是我们行业里的标杆啊！”这样的结果，出乎麦耀华的意料：一家名不见经传的中国公司，其能源转换效率在同台打擂中超越了世界顶尖高手。此后，在行业里开始小有名气的天威薄膜被美国同行引进到美国加州，通过美国的合作公司，为美国加州地区8个农业大棚提供1.2MW的透光薄膜太阳电池。
在天威薄膜工作6年，麦耀华努力带领公司实现快速成长。但在外人看来顺风顺水的过程在他眼中却不乏艰难和曲折。搞科研出身的他之前从未有过在企业工作的经历，更不必说是在企业的领导岗位任职。不同的工作环境，要求他必须转变思维方式。
在大学里一天到晚想着提升转化效率的麦耀华，在企业里既要想着提高效率还要想着降低成本。另外，处理人际关系对他来说也是一个挑战。“管理不是管事是管人，要把事做好就要解决很多人际间的问题，不仅在中国是这样，在全世界都一样。”麦耀华说，“而且企业所做的工作非常全面，很多基础工作我要从头学起。”
虽然这在当时对麦耀华是不小的挑战，但当他离开产业界回到学术界后，却发现正是这段经历让他了解了那么多。
在天威薄膜工作的6年，时间不长也不短，这对麦耀华来说是他一辈子学到最多东西的一段时光。但太阳电池更新换代的速度却让他不得不做出重新回到学术界的选择，因为技术在进步，探索无止境，只有回到学术界才能全身心向那些前沿问题发起挑战。
带着对前沿知识探索的热情，麦耀华回到高校。
向产业化奋力前进
2013年起，作为河北大学光伏技术研究中心主任、河北省光伏技术协同创新中心首席科学家，麦耀华带领团队向前沿热点问题发起挑战。2016年9月，由北方转战南方，麦耀华成立暨南大学新能源技术研究院并担任院长，带领团队向技术创新、向实现产业化奋力前进。
▲麦耀华（右）指导实验工作
发挥领军人物的引领作用，麦耀华带领研究院逐步发展壮大。目前，研究院拥有一支近80人的科研团队，其中正高级人员5名，副高级人员9名，博硕士研究生60余名。研究院着力打造一个国内一流、国际知名的高水平新能源技术创新研发平台，以技术创新和人才培养为工作重心，通过面向产业化的前沿技术研发、科研成果转化和创新型人才培养，推动学科建设和新能源产业的发展。目前研究院研究方向主要为新型太阳能电池、锂电池和功能薄膜材料与器件等，固定资产投入达4000万元，承担“国家重点研发计划”等重大项目。
“研究院成立时，我就对团队成员提出要求，我们不做只能发文章但是永远不能产业化的东西。我们可以配合企业做技术转化，但不能替代企业的技术部，做很简单的改进，要做超前的东西。”麦耀华说。尽管离开了产业届，但麦耀华却经常参与业内的活动，他是中国可再生能源学会光伏专委会副主任、广东省太阳能协会副理事长。作为国际半导体产业协会（中国）光伏标委会核心委员，他主持和参与制定的国家、行业和团队标准有十余项，产业界需要什么，麦耀华十分清楚。
在这样的定位下，麦耀华带领团队主要针对新型钙钛矿太阳电池和化合物薄膜太阳电池开展了深入研究。
麦耀华介绍，作为薄膜太阳电池的杰出代表，近年来，新型钙钛矿太阳电池得到了迅猛的发展，显示出了巨大的商业价值。面向新型钙钛矿太阳电池的发展，以高效、稳定为目标，团队开展了基于钙钛矿薄膜与器件的创新性研究。他们围绕钙钛矿太阳电池，开展了“溶剂工程”“组分工程”“界面工程”3方面的工作，在钙钛矿薄膜成膜动力学、大面积钙钛矿太阳电池及组件、钙钛矿室内光伏电池、钙钛矿/钙钛矿叠层电池、钙钛矿/晶硅叠层电池等方面取得了一系列突破性进展。值得一提的是，成员在团队成立不久后,就先后承担了多项科技部重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目及广东省、市项目,在《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）、《先进材料》（Advanced Materials）、《先进能源材料》（Advanced.Energy Materials）等期刊发表论文100余篇,申请钙钛矿太阳电池相关的专利20多项。近些年，研究院科研成果转化也取得重要突破，先后7次取得钙钛矿太阳电池及组件转换效率的突破，至今为止仍保持着大尺寸（＞800cm2）刚性基底钙钛矿光伏组件转换效率、柔性衬底钙钛矿组件转换效率，以及钙钛矿玻璃基底和柔性基底的室内光伏电池转换效率的纪录，技术优势明显。
与新型钙钛矿太阳电池一样，铜铟镓硒和碲化镉薄膜太阳电池也是目前最具有商业价值的薄膜太阳电池，具有转换效率高、性能稳定等诸多优势。其中，铜铟镓硒薄膜太阳电池既可用于玻璃等刚性衬底，也能用于不锈钢、聚酰亚胺等柔性衬底，具有更多的应用场景。虽然，铜铟镓硒和碲化镉薄膜太阳电池都已经实现产业化，但目前国内还缺乏具有自主知识产权的核心技术，同时这两种电池在产业化生产方面仍然面临着成本高、效率低等问题。
针对这些产业化核心问题，麦耀华带领团队开发了具有自主知识产权的低成本、高效率和高可靠性的化合物薄膜太阳电池制备技术。同时，团队还开展铜锌锡硫、硒化锑等新型化合物薄膜太阳电池的研究。当前,团队在化合物薄膜太阳电池领域已取得了一系列突破性选展，例如，碲化镉电池的转换效率已达到20.2%，为国内领先水平；铜锌锡硫电池效率达到12.5%；硒化锑电池转换效率达到10.12%。从2016年研究院建立以来，这一方向在《自然·通讯》（Nature Communications）、《先进科学》（Advanced Science）等太阳电池类期刊发表高水平论文20余篇。
经历短短十余年发展，钙钛矿太阳电池的能量转化效率已由最初的3.8%提升至当前的26.1%。然而，在钙钛矿太阳电池效率稳步提升的同时，钙钛矿对光、热和水氧的稳定性问题已经成为其产业化进程的瓶颈。构筑2D/3D异质结钙钛矿被证明是一种提高器件环境稳定性的有效策略。此外，开发涂布印刷和大面积结晶工艺实现大面积钙钛矿薄膜和组件的制备也是其产业化道路上亟须解决的一个挑战。
“研究院成立到现在是7年时间，我们已进入收获的阶段，前期我们做的工作更多的是基础研究，研究钙钛矿太阳电池、硫系薄膜太阳电池如何更稳定、如何实现大面积生产，现在我们正在给这些技术找一个合适的应用方向。”麦耀华说。
作为暨南大学科技成果转化重要项目，团队于2022年8月与广州暨南大学科技园管理有限公司合作成立了广东脉络能源科技有限公司，2022年11月完成了天使轮融资，共融资超过3000万元，此项融资用于10MW钙钛矿太阳能电池中试线的建设，为后续开发1.2m×1.6m大面积钙钛矿电池、建立100MW生产线进行研发准备。2023年2月25日，脉络能源建设的钙钛矿光伏组件中试生产线实现工艺贯通，首片大面积（30cm×30cm）钙钛矿光伏组件正式下线。2023年6月，30cm×30cm钙钛矿光伏组件转换效率达到20.79%。8月，其再次突破当前已报道转换效率纪录达到21.50%，紧接着反式结构柔性钙钛矿光伏组件光电转换效率达到21.09%。
做真正有核心技术的设备
一直以来，麦耀华都在思考一个问题，2007年中国已经是生产太阳电池组件最大的国家，到2013年中国已经成为应用太阳电池最多的国家。但是，为什么现在中国依然有很多新的企业在涌现，有好多老企业不断在倒下，这样的起起落落是什么原因造成的？
通过在企业的历练，通过建立研究院，麦耀华发现，中国的光伏行业还存在着不少问题，其中大部分企业没有自己的核心技术是最大的问题。
为什么新企业能很快打败老企业？因为设备更新快，新企业花巨资购买新设备，老企业设备折旧还没结束，不能更新设备，自然不敌新企业。而真正的核心技术就蕴藏在设备里，尽管我国已成为生产太阳电池组件最大的国家，但事实上中国还在受国外的限制，因为大量的原创性技术都来自国外，我们缺乏原创性技术是一个不得不面对的事实。
回国时，麦耀华就已下定决心要做真正有核心技术的产品，现在他做的很多工作都正在实现着这样的目标。在设备创新上，他同样要实现这样的目标。目前麦耀华正与企业合作，共同探索开发面向半导体企业的设备。他说：“我相信，做这件事的意义非常大。结合各方优势，希望把这件国产设备做成顶尖产品，更希望有更多人投入进来、竭尽全力，为中国设备不再依赖国外，实现真正自主，作出我们的贡献。”
迎着风浪，麦耀华坚定地前行在让中国制造崛起腾飞的路上。
专家简介
麦耀华，暨南大学教授，新能源技术研究院院长，第十三届广东省政协常委，国家特聘专家。长期从事新能源材料与器件的研究，研究方向包括高效率硅基太阳电池、化合物薄膜半导体材料和太阳电池、钙钛矿太阳电池和锂离子电池等。在《自然·通讯》（Nat. Commun.）、《能源与环境科学》（Energy Environ. Sci.）、《先进能源材料》（Adv. Energ. Mat.）、《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）、《纳米能源》（Nano Energy）和《应用物理快报》（Appl. Phys. Lett.）等杂志上发表论文200余篇；获得授权专利50余项，其中发明专利30余项。2010年获河北省五四青年奖章，2018年获全国侨联“侨界贡献奖”。
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