一场光伏科研的顶级赛事、
一场半导体 & 光伏的轮回之旅、
以及一个地表最强的光伏 DIYer 的传奇
笔者最喜欢的美剧《生活大爆炸》里，天才四人组中 Sheldon、Leonard、Rajesh 都拥有博士学位，但最后坐宇宙飞船 “上天” 的却是只有硕士学位常常被嘲笑的低调的犹太小伙 Wolowitz。今天想讲一个同样低调的科学家，如何走出实验室，走进生产线的故事。
◆ 弱水三千，只取一瓢
“我本是卧龙岗散淡的人。”—— 空城计
从 2002 年起，拥有尚徳首席科学家、中电光伏执行董事、副总裁，天威董事、副总、首席技术官等光环的张凤鸣作为教授和博士生导师一直在南京大学带博士生，研究光伏电池。特别是 2012 年光伏行业处于最低潮的时候，见惯风浪、荣誉等身的他未尝没有想过就此教书育人、安稳一生。
张凤鸣和他的 “神奇四侠”（他的博士生和老部下)
从左到右：吴仕梁，现研发部负责人；盛文婷，公司副总裁；路中林，现副总裁兼 CTO；张凤鸣；李质磊，现任副总裁。
行业大佬和一众专家祝贺日托 GW 级 MWT 组件基地投产
“有时候也觉得那样挺好。” 张凤鸣说，“但看到实验室的技术进展，我总会想：怎么能让我们的研究成果不被束之高阁？如何做到学以致用？” 技术诀窍的积累、转换效率的提升，都让他觉得这些研究如果只限于实验室中是极大的浪费。“光伏不只是一个赚钱行业，还承载着节能减排、能源安全和环境安全的重任，许多技术不应该在实验室里蒙尘。”
作为光伏行业最初的几位大佬之一，这些年张凤鸣经历了太多，也看了太多。张凤鸣了解光伏行业的每一种电池和组件技术以及行业技术的发展方向：薄膜技术、晶硅技术 (常规多栅的 P 型和 IBC、HIT 等 N 型)，尤其是电池、组件环节，各种工艺技术路线、各种技巧，烂熟于心，阅尽千帆。
“没意思。” 他摆摆手。“要不是行业同质化竞争十几年了，要不没有产业化的性价比优势，我只是想做点不一样的。”
最火的游戏 LOL 和王者荣耀都有一种英雄，难于上手，需要技巧，但精通之后回报更高，其它 “英雄熟练度” 都刷满了的张凤鸣这次就是要挑战进阶玩法。
终于，在 2012 年底，张凤鸣带着几位老部下和学生成立日托光伏，选择了最为冷门的 MWT 光伏电池技术，而且只做 MWT。
弱水三千，只取一瓢。
◆ 顶级赛事
几乎所有主流电池和组件企业和及研究机构对 MWT 电池这项技术都有涉猎，其中还有德国 Fraunhofer ISE 和荷兰 ECN 这样的顶级实验室。弗劳恩霍夫研究所还在 2015 年创纪录的将光伏电池转换效率提升到了 25.1%，并宣称可以提供一个更好地方法实现平价量产。在技术界，这是一项 “顶级赛事”。说 MWT 电池冷门，是因为到现在为止，实现量产的仍然只有日托一家，别无分号。
这还要从 MWT 的特性说起。
一直以来，降低电池正面遮光、增加局部收集效率及降低传输损失构成了晶硅太阳电池技术的重要努力方向之一。电池正面电极从采用 2 条主栅线到 3 条主栅线、4 条主栅线甚至 5 条主栅线见证了这一发展过程。这对提高晶硅电池的转换效率确实起到了明显的作用。然而，随着电池正面主栅线数目的增加，使电池组件的封装过程变得更加复杂化，而导致组件功率衰减的应力和微裂纹始终存在。
所以科学家们就想：能不能在电池背面做做功夫？当然可以。
目前在电池背面做功课的技术有：MWT、EWT 和 IBC、PERC、双面电池等等。其中 EWT 是发射结缠绕穿透；IBC 电池原理是背面结；PERC 是 Passivated Emitter Rear Contact，钝化发射极及背局域接触电池；双面电池是两面受光。
至于 MWT，全称是 Metal Wrap-through（金属缠绕穿透），该技术的主要特点就是通过在电池上设计贯穿电池片的孔洞，用导电浆料将这些空洞填充并引到电池的背面，背面的相应区域与背电场进行隔离。这样电池正、负电极均位于电池的背面，故称为金属缠绕背接触技术。原理并不复杂。
MWT 组件的优势可以归结为：
组件功率更高：减少了约 3% 的正面遮光损失，并降低了 70% 的串联电阻，从而提高组件功率。
组件稳定性和可靠性更好：避免了焊带的高温焊接带来的应力、焊接不良和隐裂等问题。
发电量更多：采用的金属箔导电线路额外增强了散热，降低了组件的实际工作温度，同样安装量情况下多发电 2%~4%，进一步提高了电站的收益率。
外表更美观：消除了常规组件的单调的焊条外观，特别适合与建筑相结合。
更适合双玻结构：常规电池采用双玻结构封装时，电池片会承受比在单玻组件中更大的应力，隐裂和微裂纹风险更大；而 MWT 双玻组件的低应力优势更加明显。
此外，更小的应力也意味着硅片可以做得更薄，未来硅片厚度可以做到 120mm 以下甚至更薄，拥有良好的柔韧性，变得可弯曲，成本更低。
但是，说了 MWT 电池这么多优点，但同时也存在一个最大问题：难！
◆ 光伏 & 半导体的轮回：MWT 到底有多难
在解释这个问题之前，还要再科普一下：
除铜铟镓硒、砷化镓等少数光伏电池种类之外，占据主流的硅基光伏与半导体的最主要材料都是硅。不同的是晶硅电池用的是 6N（99.9999%）的太阳能级多晶硅，非晶硅薄膜原料是硅烷，而半导体芯片材料用的是纯度更高几个量级达到 9N（99.9999999）以上甚至 11N 的电子级多晶硅材料。
由于原料相似甚至相同（早期多晶硅没有专门为光伏行业准备，所以光伏电池采用纯度较高的电子级硅材料，而且硅料紧缺的时日也曾将废弃的电子级硅料回收再利用用于光伏电池），当初生产光伏电池组件时，有许多如硅片清洗等设备都来自半导体行业。
但在这里注意，由于光伏电池和组件制造的精密度没有半导体行业那么高，所以很多设备为了平衡成本，是降级使用的。
说了这么多，是想解释一个问题：这更像是一场轮回一般，MWT 技术在某种程度上回归了精密度、复杂度更高的半导体行业。但这不是简单的回归，而是螺旋式增长、性价比大幅提升后的回归。和光伏传统意义上的生产有很大不同。要实现 MWT 产业化，需要的不是修修补补，而是成体系的大量创新。
为什么这么说？
1、电池端的电池漏电问题，由于 MWT 电池是通过激光打孔将正面电极引到电池背面，如何避免孔洞位置的漏电问题成为困扰电池端一大难题。
2、组件的封装方式。常规组件是通过焊带高温焊接实现电池片之间的串联，高温的焊接过程会在电池与焊带之间产生焊接应力，在长期使用过程中存在可靠性的风险。MWT 电池组件技术由于电池的电极都在背面且正负极不在同一直线上，使得串焊模式难度大、风险也大。
3、设备与材料。电解结构与封装方式的不同自然会涉及到相应的设备与原材料供应不同。
即使解决了这些问题，MWT 仍然没办法批量生产，因为：贵！
综合计算传统工艺 MWT 设备开发成本和生产规模的限制，这项技术的经济性并不容易表现出来。
目前光伏电池效率的提升流程是这样的：科研人员通过学术交流，确定要研发的技术路线，然后一般来说，都会找到设备厂家共同开发，调试。
而日托不具备这个条件。虽然早已衣食无忧，但以一个学者身份去做那些顶级科研机构和行业巨头都没做到的事情，资金当然捉襟见肘。但即使袖子撸到肩膀，现实仍然很骨感。
◆ 我有特别的技巧：地表最强 DIY
但张凤鸣却有一项自己的秘密武器：光伏 DIY 能力满级，且地表最强。
中国光伏制造行业的几位奠基人里，张凤鸣是最低调的一位，但多年研发、生产、技术、设备、质量等环节一手抓的经历，让他成为光伏行业内 DIY 能力最强的科学家，既有理论基础又具备行动能力。笔者认为从后面 MWT 的研发来看，可以加上 “没有之一” 这四个字。
“理论基础 + 实验室” 和工业化生产，不是一个概念。
通过多次尝试，他们深悉业内几乎公认的 “涂锡铜带 + 助焊剂 + 高温焊接” 方案存在先天缺陷，转而寻求其它方式。仔细研究了 MWT 电池的特性和难点后，他们发现：原来是难点的组件封装工艺，经过改进，反而会成为 MWT 的一大亮点。
“这也是 MWT 电池独有的优势。” 张凤鸣说，“因为 MWT 电池电极在背面，这也就是为组件的二维平面封装提供了条件，即：通过导电背板 + 柔性导电胶的新一代组件封装技术。相比传统的三维封装方式（通过焊带将电池的正面连接到电池背面，其中焊带厚度基本都大于电池厚度），新一代的二维封装方式封装损失更小、组件可靠性更强。” 最终，研发团队确定了 “导电箔线路 + 柔性导电胶” 的技术方案，即 MWT 背接触技术路线。这意味着他们要找到 “理论 - 工艺 - 设备” 一整套的创新方案。
张凤鸣及其团队就立即付诸行动，但在实际工作时，才发现有大量的难题在等着他们：供应链、工艺要求、材料性能、表征方式等等。面对这些难题，他们没有退宿，也没有想过退路，只是一往无前，进行了大量的攻关，尝试了各种工艺条件和工艺材料，并把从国外进口的核心设备进行改进，以适用于 MWT 电池的制造和组件工艺流程的优化。特别是在这些新工艺、新材料的研究及开发过程中，还得到了志同道合的合作伙伴单位的大力支持和理解，每提起这些，张凤鸣的感激之情溢于言表。
在历时两年多，开发了匹配背后电路的导电背板、绝缘层、导电胶和完成设备改进之后，日托团队最终实现了目前量产的具有高功率、高可靠性的组件技术路线。
“这个方案，一方面降低了 70% 的由涂锡铜带互联产生的串联电阻，另一方面避免了高温焊接带来的应力、焊接不良和隐裂等诸多问题，大幅提升了组件在实际应用中的稳定性和可靠性。” 张凤鸣告诉笔者，“此外，金属箔导电线路还有额外增强散热的效果，降低了组件实际工作的 NOCT 温度，由于晶体硅组件具有负温度系数效应，较低的 NOCT 导致了发电量的提升。低衰减及低 NOCT 的特性，使得在同样的工作环境下相同测试功率的 MWT 组件实际发电量要高出常规产品 2%-4%，进一步提高了电站的收益率。”
艰难困苦，玉汝于成。
◆ 平价超跑者
2015 年底，第一批 MWT 组件投产，迄今仍然是全球唯一一个将这项技术实现量产的企业。但张凤鸣还需要一个契机。
实验室、中试、大批量生产，这其中的差别非常大。虽然中试成功，但大规模投产需要增加设备、购买 MWT 专用的原材料、如何让客户认可和最重要的：怎么找到资金让整个生产环节运转起来。
为了将产业链运转起来，张凤鸣四处寻求合作，为了降低不必要的投资，一些常规工艺过程就租用合作企业的常规生产线加工，也和多家企业谈过合作，过往辛酸，不一而足。
但命运就是欣赏这种 “头很铁” 的 “愣头青”。
2015 年，大同领跑者项目发布，行业惊讶的发现原来高效组件是如此紧缺。同煤集团大胆的尝试了 MWT 组件，还专门成立了一个 “试验田”，十余家高效组件 “同台竞技”，其中还有每瓦售价高达 7 块钱的国际一线品牌。2017 年 7 月，笔者去大同进行采访时了解到，属后来者的日托光伏提供的 MWT 多晶组件，功率高达 280W，是行业中所能生产的最高功率，发电能力也表现最强，被行业专家称为 “领跑者中的领跑者”。
大同项目的成功也吸引了投资者的目光，2016 年，独具慧眼而充满情怀的外部资本加盟日托，助力张凤鸣打造更完整的产业链。目前经过几轮融资，日托光伏已实现了高性能 MWT 背接触电池的大规模产业化生产，南京和邳州两个工厂的产能达到 1GW，所生产的单晶 MWT 电池和多晶 MWT 电池的生产线平均转换效率已分别达 20.80% 和 19.30%。结合到 MWT 组件更高的有效受光面积，60 片电池封装的单晶和多晶组件的平均功率分别达 295W 和 285W，组件平均转换效率分别超过 18.2% 和 17.50%，
每个组件功率比常规的栅线结构组件高出 20W 左右，体现出了其明显的技术优势。“在领跑者组件同台竞技的大同项目里，我们是超跑者。” 张凤鸣说。
更重要的是，通过进一步研发和规模化生产，日托成功的将 MWT 的成本降了下来，目前售价已与其它同功率的组件价格持平甚至更低。
谈到领跑者项目和能源局，张凤鸣充满感慨：“领跑者项目给日托光伏这样专注于创新与研发的企业一个施展身手的舞台，我们能回报的就是做更高效、成本更低的产品以推动平价上网的进程，领跑者计划是在关键时刻推动光伏行业健康发展的关键推动力，对光伏发电更快实现平价上网具有非常重要的意义。”
同时，针对不同客户的需要，日托光伏还专门为特定客户设计了图案独特的电池。
熊猫图案 MWT 电池
发往阿拉伯地区的宗教清真图案电池
笔者忍不住问道：“如果哪天迪士尼想做个米老鼠电站，是不是也能做出米老鼠、白雪公主和加勒比海盗？”
他微笑：“也是可以的。”
索比光伏网 https://news.solarbe.com/201712/30/50021912.html
