超跑者：一个最强光伏DIYer的诞生

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。

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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。

“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。

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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：

1)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。

2)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。

3)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。

4)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。

5)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!

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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。

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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?

▌笔者整理了MWT的难点：

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。

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我有特别的技巧：地表最强DIY

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。 

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。

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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”。

行业大佬和一众专家祝贺日托GW级MWT组件基地投产

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20 W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。”

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米老鼠和大熊猫

如果说笔者将张凤鸣评为最强DIY的科学家还有人质疑的话，那么接下来的图片将会震撼到你。由于MWT电池正面没有主栅的优势，这位DIY大神还在电池表面“信手涂鸦”。由于消除了主栅线及焊带，电池片表面的图案可以不受干扰而清晰地展示出来。

目前日托的MWT组件有几种，常见的如下图：

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。”

文章作者：曹宇