《光伏春秋》春秋中兴之全球电池组件巨子（一）

第一节 美SunPower 光伏之父皮尔松衣钵两传 斯万开创斯坦福光谷创奇

提起美国的SUNPOWER，几乎光伏圈中人人人知晓，并且以光伏产业圈子中产业化和市场化最高效率卓盛业界30多年。从二十世纪世纪七十年代开始，Sunpower就一直在创造太阳能行业的技术记录。作为全球太阳能行业的领头羊，Sunpower的产品被广泛应用于家庭以及商用发电系统，商用建筑以及公益事业。但是Sunpower发展到今天，其成功路上也是充满了曲折。更重要的是，在过去30年太阳能行业轰轰烈烈的发展历程中，Sunpower是谁都不可忽视的标杆性企业，他开创了光伏发电普及的时代。尤其是作为现代硅光伏之父皮尔松的传人，其继承和传承将光伏产业化、商业化和民用化的梦想，将激励一代一代光伏人薪火相传!1985年这一年，Bob接受了能源部的研究基金，做出了自己20%效率的太阳能电池样品，成立了一间公司叫SunPower。然后他写了两封信给自己的恩师James和Gerald：“我要推动世界普及光伏发电。”(这句话20年后被另一个人引用了一次，他的名字叫Elon Musk。他那一年办了另一家太阳能公司叫做SolarCity，这是题外话。)

我们不得不提到SUNPOWER公司的创始人鲍勃.斯万的传奇创业历程(创奇)，以及他与光伏之父美国贝尔实验室皮尔松一段师徒情谊以及与另外一个师兄弟的天使投资传奇经历。比较奇葩，比较狗血，但细细品味，却也令人感概万千。一则选对方向，抓住产业时机很重要，二则曲线救国未尝不可，也许最后开创了2个世界。即便不是，借助另外一个帝国再来合适时机实现自己的梦想也许是个不错的选择。是否果真如此呢?就让我们来共同回味那一段“光辉岁月”吧!

1953年夏天，在新泽西贝尔实验室，现代硅光伏之父吉拉德.皮尔松(Gerald Pearson)，研究光伏效应已经有5年了。那个时代大家对2维衬底的均匀半导体掺杂还不是很熟练，这样的大面积功率器件很不好制造。Gerald苦思良久，使用了furnace diffusion的方法，高温将P,N杂质通过气相扩散掺入2寸硅片，获得了高质量的大面积PN结。终于在1954年作出世界上第一片基于硅半导体的太阳能电池，获得了6%的光电转换效率。而在这之前，所有的太阳能电池效率都无法超过0.5%。这是历史性突破，实现了一个产品甚或一个产业从实验现象到产品的可能和跨越!14年之后，Gerald的师侄Bob Noyce使用了类似的办法作出2维逻辑电路，降低了印刷电路成本，创立了一家公司叫英特尔。这将开辟人类半导体领域的传奇。这一进步无疑是在黑暗中的一道闪电，突然大家都有了前进的方向。于是美国人、苏联人、日本人和法国人纷纷加入这一行列，太阳能电池效率从1957年的6%一路上扬到70年到中后期的14%。但Gerald更关注太阳能光伏能否实现其梦想。Gerald和他的老同事William Shockley经过简单的计算，发现硅太阳能电池的效率理论极限高达29%，铺满亚利桑那一半的沙漠就可以给全球供电。(后来Shockley和Han Queisser进一步推导单结太阳能电池理论极限为33.7%)这一结果更加增进了Gerald的信心。为了继续太阳能光伏电池研究和商业化，他辞掉了贝尔实验室舒适的工作，搬到了西海岸，在斯坦福大学当起了教授，专注于研究硅太阳能电池的商用化研究。斯坦福大学是个藏龙卧虎的地方。在1960年加入后Gerald又招聘了James Meindl教授。他们在太阳能光伏技术方面的研究合作更把这个技术向实用化推进了一大步。

1969-70年两位老师招收了两个学生：TJ Rodgers和Bob Swanson。TJ是个大个子+运动狂，看问题直奔主题从不拖泥带水;而Bob则是一副学者风范，善于深挖物理图像，分析探讨问题韧性十足。两位同学当时研究的是类似的问题： 电子电路越来越复杂，如何改进工艺做出功耗更低或者说能量利用效率更高的电子器件呢?大方向上，集成电路(Integrated Circuit)看起来是个答案，但是这个答案没有给大家任何具体操作的方向。两位同学的兴趣侧重不同，TJ专注于逻辑器件，如SRAM, EEPROM等。因此TJ渐入佳境，在Gerald，James和师伯William Shockley的指导下做出一系列优秀的可商用技术。为计算机的计算速度提升作出了重大贡献。1975年-1985年是硅谷蓬勃发展继而震惊世界的年代。一群带着啤酒瓶底眼镜的书呆子们带大家进入了第三次工业革命。TJ在加入一间半导体公司工作数年后自己创立Cypress Semiconductor专功集成电路配件已经赚得盆满钵满名动天下。到后来25年后，两者联系合作时，2001年的TJ已非当年的吴下阿蒙。他已经一跃成为身家过亿的成功企业家，半导体行业的领军人物。

1975年间，合作了5年多的师兄弟各奔前程。TJ去工业界，Bob留在斯坦福当教授。临走的时候TJ说：“Bob，你在做一件困难但是伟大的事情，如果将来需要我帮助，给我打电话。”Bob则一直专注于老师Gerald一生的热爱：硅基太阳能电池。那个年代，大部分硅基半导体的前端工艺和封装理论都在慢慢成熟。掺杂，光刻，绝缘层，metallization都已经渐渐不是问题。然而，他的师兄Bob遇到了很多困难。因为大部分硅基半导体器件和工艺设计的方向都是高集成和低功率的方向，而太阳能电池作为功率半导体器件，不太容易被CMOS工艺的进步所帮助。有些看上去可用的工艺如果应用在太阳能电池上只能是个成本噩梦，无法实用。Bob还在斯坦福安安静静的做教授，他的收获虽然不小，但是知道的人并不多。他已经明白了硅基太阳能板成本居高不下效率离理论值相去甚远的主要原因主要在器件设计和后端封装工艺，比如电连接结构，比如面板和背板玻璃，比如大面积功率器件的current crowding问题。

到1985年的时候Bob心中酝酿了15年的光伏发展图景终于基本成型：1. 未来世界100-200年之内，最可持续的发电方式是光伏。煤炭，柴油，天然气快烧完的时候，光伏是最可靠最可持续最容易获取的能源。(即使在化石燃料没烧完的时候，开采成本和难度也是越来越高)。2. 光伏发电今天(1985年,哪怕到2015年后的今天还是如此)90%的挑战在于成本,1975年的时候一瓦太阳能板的成本约为100美金。这个成本必须在30年内降下来，最靠谱的办法是技术进步改善工艺成本，产品效率和产品质量。3. 技术进步首先发生在前端工艺，慢慢过渡到后端，最终在系统产生创新。

1985年这一年，Bob接受了能源部的研究基金，做出了自己20%效率的太阳能电池样品，成立了一间公司叫SunPower。然后他写了两封信给自己的恩师James和Gerald：“我要推动世界普及光伏发电。”(这句话20年后被另一个人引用了一次，他的名字叫Elon Musk。他那一年办了另一家太阳能公司叫做SolarCity，这是题外话。)1986年，刚出道的Bob并不顺利。集成电路半导体的发展已经成为了美国经济发展的支柱和未来希望。当年的里根总统更是深红阵营中的强力领导人，他对石油之外的能源没有半毛钱兴趣。1986年甚至拆除了白宫屋顶的太阳能电池板。Bob在硅谷找了一圈风险投资人，大家听到太阳能这个名词都问：这是能给你免费热水洗澡的技术么?风投不成就去找曾经支持太阳能研发和商用化的石油公司，BP，Chevron，Mobil, Shell等等。很可惜，这些公司丛70年代的石油危机中恢复过来，颇有些好了伤疤忘了痛的感觉。感觉当年的研发完全是浪费钱。因此，同样一份商业计划书，改了又改，静静的在Bob的办公桌抽屉里面放了3年。功夫不负有心人，只要努力坚持总有人能赏识。

到了1990年，斯万终于获得风险投资公司AVI的投资，并且拿到了美国电力研究院和能源部的合作合同，共同研发高性能太阳能电池。根据Bob过去的积累，他总结出来了类似于摩尔定律的光伏斯万(wanson定律)：光伏电池的成本在产量每上升3倍的时候会下降20%。在1977年的时候，他的样品成本为每瓦77.67美金。而Bob坚定的认为，这一定律的驱动是技术进步，也就是说他要做质量最好技术最先进的产品。为了达到这一点，他考虑了如下几个问题：

1. 光伏电池为了最大吸光，一定要使用背电极。这样表面就不会有连接线挡住阳光，提高单位吸光面积;2. 表面光学处理，降低产品反射率，提高吸光率

3. 反面镀膜减少透射率;4. 使用最好的单晶硅片，减少杂质和缺陷，提高电流提取效率;5. 高质量绝缘层防止电子空穴对的耦合。

很快，SUNPOWER公司在1992年就做出了接近17%的高效率，脱离了手工作坊的状态，招了20个人，买进了不少半导体行业退休下来的自动化设备。拥有了一套小型量产生产线。然后，他的成本还在50美金一瓦。根据计算，如果给别人家里安装，一度电成本相当于3-4美金。而当时市电均价为6美分以下。看起来离大规模普及还有不少距离。“随着技术的进步，成本最终会降下来的!”Gerald老师20年前的话语时常在耳边回响。

1990年代中期世界经历了历史上最疯狂的石油价格飙升，越来越多的国家开始研究太阳能电池的特性。欧美很多政府和研究机构开始购买sunpower的产品，进行发电效应的测试。公司接了一个又一个研究项目，收入慢慢流入，Bob开始不停地升级设备，提高产能，同时继续研发，降低成本。1993年Sunpower和本田公司合作的太阳能电动车在澳大利亚拉力赛中获得冠军，超过第二名1整天的时间。97年，美国探路者(300005)太阳能驱动飞行器使用了和Sunpower合作开发的太阳能板。2001年，和NASA合作开发的Helios飞行棋飞到了3万3千多米的高空，Sunpower的技术，已经站在了世界之巅。然而，公司的现金已经不多了。为了让公司找到可持续发展之路，整个90年代Bob尝试了各种办法，研发聚光太阳能组件，红外探测设备等等。很快他就发现，这些市场都不是他擅长的，最靠谱的还是专注的做太阳能市场。在太阳能市场中，他自然而然的想到了和NASA合作卫星装载的太阳能电池，然而很快就被Boeing Spectral lab的高效太阳能电池所打败。

在持续10年的不断尝试和坚持中，Bob痛苦的意识到，真正能让公司成长的还是自己原有的vision：民用太阳能发电。而自己应该专注于这个方向。然而，2000年初的成本虽然下降到10-15美金一瓦，但是还不足以做到和市电竞争。出路到底在哪里?在这个时候，Bob想起了自己的师弟TJ Rodgers。2001年的TJ已非当年的吴下阿蒙。他已经一跃成为身家过亿的成功企业家，半导体行业的领军人物。这年的冬天他接到了师兄Bob那个让他等待了26年的电话。两人一聊，让TJ激动不已。他发现太阳能技术在师兄手上已经发展得如此成熟，大规模生产仅仅是欠缺临门一脚。他告诉师兄，只需要将产能规模扩大20-50倍，就可以将成本大幅度下降到1美金以下了。于是，他带着一份完整的商业计划书来找自己公司Cypress Semiconductor的董事会，希望说服董事会投资Sunpower。然而，董事会不相信Bob能够将产品成本从15美金降到1美金。见到这种情况，TJ毫不犹豫，马上写了一张75万美金的支票投资给Sunpower。而这个时候，据说Sunpower的现金只够支持不到5个月公司运营。有了这75万美金，Bob成功的将原来只能用于小规模量产的工艺改进，去掉了那些大规模量产的限制工艺，学会了牺牲暂时的产品性能来专注大规模生产。

2002年他再次和TJ出现在Cypress Semiconductor董事会面前的时候，他们的全套工艺获得了董事会的赞赏，获得了8百万美金的投资。第一条生产线出来的时候终于越过了10美金一瓦的历史性门槛。

2003年，Bob邀请Silicon Light Machine (Cypress Semi光学分公司)CEO，德国人Tom Werner 担任公司CEO，自己退居二线专管大方向，而Tom Werner主要负责将公司产品成本进一步压缩。

2004年为了达到压缩成本的目的，公司第一个亚洲分工厂在菲律宾开张，出厂产品成本降至5-6美金一瓦。这一年也是欧洲光伏市场启动的元年。处于石油价格失控般的疯长，欧洲国家纷纷推出了激进的光伏政策，尤其是德国和意大利。这一年Sunpower在欧洲的第一家光伏电站在德国巴伐利亚州上线。

2005年公司上市，成为美国资本市场的光伏标杆企业。

2007年，在菲律宾建成第二条生产线，收购太阳能行业下游企业PowerLight成为半垂直一体化的光伏企业。2008年，光电池效率达到23.4%创下晶硅太阳能电池世界纪录。到此为止，似乎公司走上了一条康庄大道，有了一个完美的结局。然而并非如此。前三年冒起的中国数家多晶硅公司尚德，英利和天合使用低纯度P型多晶硅正面布线法做出来的产品有着强大的成本优势。而这个时候的欧洲开始进入政府补贴驱动的大规模光伏安装时代。在一波波光伏电站安装的浪潮中，成本，自然成了首要考虑的问题。眼看着欧美市场被来自中国的对手慢慢蚕食，公司2010之后连续亏损，现金再次见底，又到了生死存亡的时候。过去20多年反复遇到的生存问题，再一次摆在Bob和Tom两人面前。2012年，法国石油公司Total宣布入股Sunpower 66%，并且支持公司进一步研发，改进技术以降低成本，提高质量。2013年，公司业务全面增长，成本进一步下降，毛利进一步上升，自2010年以来首度扭亏为盈，股票价格4块左右回到30美金。

经历2013和2014年的好时光之后，2015年和2016年SunPower再次陷入亏损，2016年宣布再次裁员大约2500人左右，关闭菲律宾700MW的工厂，SunPower 再一次断臂求生，继续在努力降低成本实现光伏普及到民间的伟大长征中!

文章作者：光伏扫地僧（夏爱民）