追逐陽光，造福祖國！他讓太陽電池成為中國制造的優(yōu)秀樣本

當(dāng)天然氣、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸時，越來越多國家開始實行“陽光計劃”，開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟發(fā)展的新動力。在國際光伏市場巨大潛力的推動下，各國的太陽電池制造業(yè)爭相投入巨資、擴大生產(chǎn)，以爭一席之地。中國在這場競爭中并未示弱，隨著國家支持力度的不斷加大，科研水平的持續(xù)提高，從20世紀(jì)50年代起步至今，我國已成為國際太陽電池行業(yè)中的翹楚，成功超越日本、歐洲等國家和地區(qū)，成為世界太陽電池生產(chǎn)及應(yīng)用的第一大國。

▲麥耀華在廣東省政協(xié)會議上發(fā)言

多年從事薄膜光伏材料與太陽電池研究的麥耀華很幸運，博士畢業(yè)時他正趕上中國太陽電池發(fā)展的爆發(fā)期，攜一身所學(xué)，懷抱對祖國的深情與眷戀，他毅然回國，從河北到廣東，從企業(yè)到高校，在不同角色崗位上的歷練讓麥耀華的羽翼不斷豐滿。立志為祖國太陽電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大傾其所能的麥耀華有一個目標(biāo)：讓中國制造真正成為國人的榮耀和驕傲。

緊跟學(xué)術(shù)前沿?zé)狳c

“允公允能，日新月異”——南開大學(xué)校訓(xùn)，以一種博大的精神力量，感召、啟迪著一代又一代南開人。麥耀華努力進取、質(zhì)樸務(wù)實、積極熱忱、愛國敬業(yè)的勁頭，恰是這種精神在他身上的映照。

麥耀華是不折不扣的南開人，在南開他完成了本科、碩士、博士的全部學(xué)業(yè)。因表現(xiàn)出色，2002年他獲得赴德國于利希研究中心光伏研究所攻讀博士的機會，這是南開與德國于利希研究中心的一個聯(lián)合培養(yǎng)項目，在這里麥耀華展開了對太陽電池國際前沿?zé)狳c問題的不懈探索。

高速沉積優(yōu)質(zhì)微晶硅有兩種最常用的方法，等離子體增強化學(xué)氣相沉積法（PECVD）和熱絲輔助化學(xué)氣相沉積（HWCVD）在沉積過程和沉積機理上差異很大，因此兩種方法得到的微晶硅太陽電池也有很大的差異。人們發(fā)現(xiàn)PECVD法存在非常陡峭的相變區(qū)，無法獲得與HWCVD相應(yīng)的高開路電壓。為了研究這兩種方法在材料生長過程中結(jié)構(gòu)演變對太陽電池的影響，麥耀華采用了一種新的“Depth profile（深度剖析）”方法，發(fā)現(xiàn)材料的結(jié)構(gòu)演變與籽晶層及生長速率等參數(shù)密切相關(guān)。在使用相同的、高晶化率的p層和較低i層的生長速率的情況下，證明了PECVD法的太陽電池可以獲得和HWCVD法相似的均勻結(jié)構(gòu)。

麥耀華還進一步比較了兩種材料的電學(xué)和光學(xué)特性以及微觀結(jié)構(gòu)上的差異，認為這兩種不同方法制備的材料本身是非常相似的，并不存在人們預(yù)想的巨大差異。通過對器件輸運特性的分析，他斷定導(dǎo)致上述差異的原因是HWCVD太陽電池有著更好的界面特性，特別是p/i界面特性。為了驗證這個思想，他設(shè)計了一個巧妙的實驗，采用HWCVD法的優(yōu)點改善了PECVD法太陽電池的p/i界面，結(jié)果使PECVD具備了和HWCVD相似的特性,使電池的開路電壓比通常提高了40mV。上述結(jié)果在2004年烏得勒支（Utrecht）第3屆國際HWCVD會議上作了口頭報告，美國HWCVD技術(shù)創(chuàng)始人、國家可再生能源實驗室（NREL）的哈維·馬漢（Harv Mahan）在大會的概述報告上認為“這是本屆會議器件類最值得關(guān)注的文章”。這些成果最終使單結(jié)微晶硅太陽電池的效率達到10.3%，以高效率獲得關(guān)注。

博士畢業(yè)之后，麥耀華選擇了荷蘭烏得勒支大學(xué)（Utrecht University）德拜研究所，在那里開展背接觸硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池（HBC）的研究。

致力提升產(chǎn)品質(zhì)量

麥耀華并未打算在國外長期工作生活下去，他認為中國人就要在中國發(fā)展，而且也只有在祖國才能發(fā)展得更好，在不斷提升自我的過程中，他一直在等待回國的時機。2007年10月，天威集團總經(jīng)理丁強的到訪，讓他回國的想法最終成行。

天威集團是國內(nèi)最早一批進入新能源領(lǐng)域的企業(yè)，主推產(chǎn)品是晶體硅原材料和太陽電池，2007年時產(chǎn)能規(guī)模在全球已處領(lǐng)跑地位，很多證券分析師稱之為“新能源龍頭企業(yè)”。

從2006年下半年開始，晶體硅原料多晶硅、單晶硅的價格一路走高，致使太陽電池生產(chǎn)成本節(jié)節(jié)攀升，歐美用戶不得不尋找新型材料的太陽電池。這種情況下，過去因轉(zhuǎn)換效率低而不被看好的薄膜太陽電池重新受到青睞，開始大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，同時技術(shù)和工藝的改造、創(chuàng)新也在加速推近，前景樂觀。

在此背景下，天威集團希望能穩(wěn)固和深化它在行業(yè)的地位，并且認為薄膜電池是未來發(fā)展的方向之一，于是開始四處網(wǎng)羅人才。麥耀華回憶：“丁總到了歐洲，見了我還有另外幾人，我們互相交流了想法，丁總談了天威當(dāng)時的狀況和將來的規(guī)劃，天威的實力和未來的前景都令我心生向往。”在丁強的感召下，幾個月后麥耀華回國并加入天威。

2008年1月，麥耀華作為主要創(chuàng)始人之一，與保定天威保變電氣股份有限公司一起創(chuàng)立了保定天威薄膜光伏有限公司。自公司成立以來，麥耀華負責(zé)公司技術(shù)研發(fā)和質(zhì)量保證等工作，在將國外先進技術(shù)應(yīng)用到公司的同時，還組織技術(shù)人員定期開展學(xué)習(xí)培訓(xùn)，使公司整體技術(shù)水平得到全面提高。

麥耀華尤為看重產(chǎn)品的質(zhì)量，他出國時，中國還沒有像華為這樣響當(dāng)當(dāng)?shù)钠放?，那時中國是一個世界工廠，生產(chǎn)著世界三分之二的鼠標(biāo)、鍵盤這類比較低端的產(chǎn)品。因為中國的裝備制造業(yè)不發(fā)達，所以國外有人經(jīng)常將中國制造（Made in China）和產(chǎn)品質(zhì)量差畫等號?！坝幸淮稳ヌ咔颍业哪_受傷了，有個同事說果然是‘Made in China’的腳，當(dāng)然這只是同事間的玩笑，但說者無心聽者有意?！丙溡A說，“從那時起，我就決定要回國做些我們自己原創(chuàng)的、高質(zhì)量的產(chǎn)品?！?/p>

作為保定天威薄膜光伏有限公司的首席技術(shù)官，無論是在新工藝還是新技術(shù)的開發(fā)上，麥耀華都狠抓質(zhì)量?！半m然高質(zhì)量是建立在一定成本基礎(chǔ)上的，不能要求產(chǎn)品必須百分之百完美，但我們要做的是要在相應(yīng)的成本上讓產(chǎn)品質(zhì)量盡最大可能提升?！丙溡A說。

麥耀華的努力獲得了回應(yīng)。2010年年中，天威薄膜與全球太陽電池排名第一的廠商——美國第一太陽能公司在德國“狹路相逢”。美國第一太陽能公司不僅薄膜電池產(chǎn)能最大，也是多晶硅電池產(chǎn)能最大的廠商，是名副其實的雙料冠軍，業(yè)界翹楚。由天威和美國第一太陽能各自提供的太陽電池工程項目，是緊挨在一起的兩排房子，猶如形成了一個相互展現(xiàn)自己技術(shù)水平的擂臺。半年以后，第三方獨立的評價機構(gòu)從用戶那里收集實際單位裝機功率發(fā)電數(shù)據(jù)，結(jié)果天威薄膜勝出。

“我們的發(fā)電量要比‘美國第一太陽能’多10%。它可是我們行業(yè)里的標(biāo)桿啊！”這樣的結(jié)果，出乎麥耀華的意料：一家名不見經(jīng)傳的中國公司，其能源轉(zhuǎn)換效率在同臺打擂中超越了世界頂尖高手。此后，在行業(yè)里開始小有名氣的天威薄膜被美國同行引進到美國加州，通過美國的合作公司，為美國加州地區(qū)8個農(nóng)業(yè)大棚提供1.2MW的透光薄膜太陽電池。

在天威薄膜工作6年，麥耀華努力帶領(lǐng)公司實現(xiàn)快速成長。但在外人看來順風(fēng)順?biāo)倪^程在他眼中卻不乏艱難和曲折。搞科研出身的他之前從未有過在企業(yè)工作的經(jīng)歷，更不必說是在企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)崗位任職。不同的工作環(huán)境，要求他必須轉(zhuǎn)變思維方式。

在大學(xué)里一天到晚想著提升轉(zhuǎn)化效率的麥耀華，在企業(yè)里既要想著提高效率還要想著降低成本。另外，處理人際關(guān)系對他來說也是一個挑戰(zhàn)。“管理不是管事是管人，要把事做好就要解決很多人際間的問題，不僅在中國是這樣，在全世界都一樣?！丙溡A說，“而且企業(yè)所做的工作非常全面，很多基礎(chǔ)工作我要從頭學(xué)起?！?/p>

雖然這在當(dāng)時對麥耀華是不小的挑戰(zhàn)，但當(dāng)他離開產(chǎn)業(yè)界回到學(xué)術(shù)界后，卻發(fā)現(xiàn)正是這段經(jīng)歷讓他了解了那么多。

在天威薄膜工作的6年，時間不長也不短，這對麥耀華來說是他一輩子學(xué)到最多東西的一段時光。但太陽電池更新?lián)Q代的速度卻讓他不得不做出重新回到學(xué)術(shù)界的選擇，因為技術(shù)在進步，探索無止境，只有回到學(xué)術(shù)界才能全身心向那些前沿問題發(fā)起挑戰(zhàn)。

帶著對前沿知識探索的熱情，麥耀華回到高校。

向產(chǎn)業(yè)化奮力前進

2013年起，作為河北大學(xué)光伏技術(shù)研究中心主任、河北省光伏技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心首席科學(xué)家，麥耀華帶領(lǐng)團隊向前沿?zé)狳c問題發(fā)起挑戰(zhàn)。2016年9月，由北方轉(zhuǎn)戰(zhàn)南方，麥耀華成立暨南大學(xué)新能源技術(shù)研究院并擔(dān)任院長，帶領(lǐng)團隊向技術(shù)創(chuàng)新、向?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化奮力前進。

▲麥耀華（右）指導(dǎo)實驗工作

發(fā)揮領(lǐng)軍人物的引領(lǐng)作用，麥耀華帶領(lǐng)研究院逐步發(fā)展壯大。目前，研究院擁有一支近80人的科研團隊，其中正高級人員5名，副高級人員9名，博碩士研究生60余名。研究院著力打造一個國內(nèi)一流、國際知名的高水平新能源技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)平臺，以技術(shù)創(chuàng)新和人才培養(yǎng)為工作重心，通過面向產(chǎn)業(yè)化的前沿技術(shù)研發(fā)、科研成果轉(zhuǎn)化和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，推動學(xué)科建設(shè)和新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前研究院研究方向主要為新型太陽能電池、鋰電池和功能薄膜材料與器件等，固定資產(chǎn)投入達4000萬元，承擔(dān)“國家重點研發(fā)計劃”等重大項目。

“研究院成立時，我就對團隊成員提出要求，我們不做只能發(fā)文章但是永遠不能產(chǎn)業(yè)化的東西。我們可以配合企業(yè)做技術(shù)轉(zhuǎn)化，但不能替代企業(yè)的技術(shù)部，做很簡單的改進，要做超前的東西。”麥耀華說。盡管離開了產(chǎn)業(yè)屆，但麥耀華卻經(jīng)常參與業(yè)內(nèi)的活動，他是中國可再生能源學(xué)會光伏專委會副主任、廣東省太陽能協(xié)會副理事長。作為國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（中國）光伏標(biāo)委會核心委員，他主持和參與制定的國家、行業(yè)和團隊標(biāo)準(zhǔn)有十余項，產(chǎn)業(yè)界需要什么，麥耀華十分清楚。

在這樣的定位下，麥耀華帶領(lǐng)團隊主要針對新型鈣鈦礦太陽電池和化合物薄膜太陽電池開展了深入研究。

麥耀華介紹，作為薄膜太陽電池的杰出代表，近年來，新型鈣鈦礦太陽電池得到了迅猛的發(fā)展，顯示出了巨大的商業(yè)價值。面向新型鈣鈦礦太陽電池的發(fā)展，以高效、穩(wěn)定為目標(biāo)，團隊開展了基于鈣鈦礦薄膜與器件的創(chuàng)新性研究。他們圍繞鈣鈦礦太陽電池，開展了“溶劑工程”“組分工程”“界面工程”3方面的工作，在鈣鈦礦薄膜成膜動力學(xué)、大面積鈣鈦礦太陽電池及組件、鈣鈦礦室內(nèi)光伏電池、鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層電池、鈣鈦礦/晶硅疊層電池等方面取得了一系列突破性進展。值得一提的是，成員在團隊成立不久后,就先后承擔(dān)了多項科技部重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金重點項目及廣東省、市項目,在《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy & Environmental Science）、《先進材料》（Advanced Materials）、《先進能源材料》（Advanced.Energy Materials）等期刊發(fā)表論文100余篇,申請鈣鈦礦太陽電池相關(guān)的專利20多項。近些年，研究院科研成果轉(zhuǎn)化也取得重要突破，先后7次取得鈣鈦礦太陽電池及組件轉(zhuǎn)換效率的突破，至今為止仍保持著大尺寸（＞800cm2）剛性基底鈣鈦礦光伏組件轉(zhuǎn)換效率、柔性襯底鈣鈦礦組件轉(zhuǎn)換效率，以及鈣鈦礦玻璃基底和柔性基底的室內(nèi)光伏電池轉(zhuǎn)換效率的紀(jì)錄，技術(shù)優(yōu)勢明顯。

與新型鈣鈦礦太陽電池一樣，銅銦鎵硒和碲化鎘薄膜太陽電池也是目前最具有商業(yè)價值的薄膜太陽電池，具有轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定等諸多優(yōu)勢。其中，銅銦鎵硒薄膜太陽電池既可用于玻璃等剛性襯底，也能用于不銹鋼、聚酰亞胺等柔性襯底，具有更多的應(yīng)用場景。雖然，銅銦鎵硒和碲化鎘薄膜太陽電池都已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但目前國內(nèi)還缺乏具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，同時這兩種電池在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方面仍然面臨著成本高、效率低等問題。

針對這些產(chǎn)業(yè)化核心問題，麥耀華帶領(lǐng)團隊開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的低成本、高效率和高可靠性的化合物薄膜太陽電池制備技術(shù)。同時，團隊還開展銅鋅錫硫、硒化銻等新型化合物薄膜太陽電池的研究。當(dāng)前,團隊在化合物薄膜太陽電池領(lǐng)域已取得了一系列突破性選展，例如，碲化鎘電池的轉(zhuǎn)換效率已達到20.2%，為國內(nèi)領(lǐng)先水平；銅鋅錫硫電池效率達到12.5%；硒化銻電池轉(zhuǎn)換效率達到10.12%。從2016年研究院建立以來，這一方向在《自然·通訊》（Nature Communications）、《先進科學(xué)》（Advanced Science）等太陽電池類期刊發(fā)表高水平論文20余篇。

經(jīng)歷短短十余年發(fā)展，鈣鈦礦太陽電池的能量轉(zhuǎn)化效率已由最初的3.8%提升至當(dāng)前的26.1%。然而，在鈣鈦礦太陽電池效率穩(wěn)步提升的同時，鈣鈦礦對光、熱和水氧的穩(wěn)定性問題已經(jīng)成為其產(chǎn)業(yè)化進程的瓶頸。構(gòu)筑2D/3D異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦被證明是一種提高器件環(huán)境穩(wěn)定性的有效策略。此外，開發(fā)涂布印刷和大面積結(jié)晶工藝實現(xiàn)大面積鈣鈦礦薄膜和組件的制備也是其產(chǎn)業(yè)化道路上亟須解決的一個挑戰(zhàn)。

“研究院成立到現(xiàn)在是7年時間，我們已進入收獲的階段，前期我們做的工作更多的是基礎(chǔ)研究，研究鈣鈦礦太陽電池、硫系薄膜太陽電池如何更穩(wěn)定、如何實現(xiàn)大面積生產(chǎn)，現(xiàn)在我們正在給這些技術(shù)找一個合適的應(yīng)用方向?！丙溡A說。

作為暨南大學(xué)科技成果轉(zhuǎn)化重要項目，團隊于2022年8月與廣州暨南大學(xué)科技園管理有限公司合作成立了廣東脈絡(luò)能源科技有限公司，2022年11月完成了天使輪融資，共融資超過3000萬元，此項融資用于10MW鈣鈦礦太陽能電池中試線的建設(shè)，為后續(xù)開發(fā)1.2m×1.6m大面積鈣鈦礦電池、建立100MW生產(chǎn)線進行研發(fā)準(zhǔn)備。2023年2月25日，脈絡(luò)能源建設(shè)的鈣鈦礦光伏組件中試生產(chǎn)線實現(xiàn)工藝貫通，首片大面積（30cm×30cm）鈣鈦礦光伏組件正式下線。2023年6月，30cm×30cm鈣鈦礦光伏組件轉(zhuǎn)換效率達到20.79%。8月，其再次突破當(dāng)前已報道轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄達到21.50%，緊接著反式結(jié)構(gòu)柔性鈣鈦礦光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率達到21.09%。

做真正有核心技術(shù)的設(shè)備

一直以來，麥耀華都在思考一個問題，2007年中國已經(jīng)是生產(chǎn)太陽電池組件最大的國家，到2013年中國已經(jīng)成為應(yīng)用太陽電池最多的國家。但是，為什么現(xiàn)在中國依然有很多新的企業(yè)在涌現(xiàn)，有好多老企業(yè)不斷在倒下，這樣的起起落落是什么原因造成的？

通過在企業(yè)的歷練，通過建立研究院，麥耀華發(fā)現(xiàn)，中國的光伏行業(yè)還存在著不少問題，其中大部分企業(yè)沒有自己的核心技術(shù)是最大的問題。

為什么新企業(yè)能很快打敗老企業(yè)？因為設(shè)備更新快，新企業(yè)花巨資購買新設(shè)備，老企業(yè)設(shè)備折舊還沒結(jié)束，不能更新設(shè)備，自然不敵新企業(yè)。而真正的核心技術(shù)就蘊藏在設(shè)備里，盡管我國已成為生產(chǎn)太陽電池組件最大的國家，但事實上中國還在受國外的限制，因為大量的原創(chuàng)性技術(shù)都來自國外，我們?nèi)狈υ瓌?chuàng)性技術(shù)是一個不得不面對的事實。

回國時，麥耀華就已下定決心要做真正有核心技術(shù)的產(chǎn)品，現(xiàn)在他做的很多工作都正在實現(xiàn)著這樣的目標(biāo)。在設(shè)備創(chuàng)新上，他同樣要實現(xiàn)這樣的目標(biāo)。目前麥耀華正與企業(yè)合作，共同探索開發(fā)面向半導(dǎo)體企業(yè)的設(shè)備。他說：“我相信，做這件事的意義非常大。結(jié)合各方優(yōu)勢，希望把這件國產(chǎn)設(shè)備做成頂尖產(chǎn)品，更希望有更多人投入進來、竭盡全力，為中國設(shè)備不再依賴國外，實現(xiàn)真正自主，作出我們的貢獻?！?/p>

迎著風(fēng)浪，麥耀華堅定地前行在讓中國制造崛起騰飛的路上。

專家簡介

麥耀華，暨南大學(xué)教授，新能源技術(shù)研究院院長，第十三屆廣東省政協(xié)常委，國家特聘專家。長期從事新能源材料與器件的研究，研究方向包括高效率硅基太陽電池、化合物薄膜半導(dǎo)體材料和太陽電池、鈣鈦礦太陽電池和鋰離子電池等。在《自然·通訊》（Nat. Commun.）、《能源與環(huán)境科學(xué)》（Energy Environ. Sci.）、《先進能源材料》（Adv. Energ. Mat.）、《美國化學(xué)會志》（J. Am. Chem. Soc.）、《納米能源》（Nano Energy）和《應(yīng)用物理快報》（Appl. Phys. Lett.）等雜志上發(fā)表論文200余篇；獲得授權(quán)專利50余項，其中發(fā)明專利30余項。2010年獲河北省五四青年獎?wù)拢?018年獲全國僑聯(lián)“僑界貢獻獎”。