【等深线】“驭光者”宋登元：与光伏打交道的33年

中国经营报《等深线》记者 张英英 吴可仲 北京报道

“与光伏结缘可以说是命中注定。”宋登元这样概括自己。尽管已过花甲之年，但宋登元依然躬耕一线。在任英利13年首席技术官之后，2022年初他转战一道新能源科技(衢州)有限公司(以下简称“一道新能”)任首席技术官，这在业内引起了不小的轰动。

数十年来，他驭光而行，一直在与“光”打交道。

2000年，彼时已是河北大学教授的宋登元决定去新南威尔士大学攻读博士学位，师从“世界太阳能之父”马丁·格林。学成回国之后，宋登元带领技术团队历经六年攻克了N型单晶硅高效光伏电池技术难题，并于2014年成功实现该项技术年产600MW高效N型双面光伏电池的产业化落地，使中国成为继美国和日本之后，第三个掌握并规模化生产N型高效光伏电池和组件的国家。

2022年11月下旬，在接受《中国经营报》记者采访时，宋登元刚刚履新国际半导体产业协会(SEMI)中国光伏标准技术委员会主席。在他身上，还有不少显著“标签”：享受国务院特殊津贴专家、国家“863”科技计划项目首席专家、国家重点研发计划“可再生能源与氢能技术”重点专项总体专家组专家等。

身兼数职让宋登元忙得不可开交，工作把周末都占满了。他告诉记者，时间安排不过来时，只有拣最重要的工作做了。

如今，宋登元参与制定光伏产业标准百余项，并将国内先进技术标准推向国际。此外，他还是光伏组件绿色回收技术的主要推动者之一。作为中国绿色供应链联盟光伏专委会副主任、光伏回收产业发展合作中心主任，宋登元正努力推动打通绿色光伏产业链“最后一公里”。

与“光”结缘

时间回拨至1977年10月。

彼时，中断10年的高考制度恢复，正在张家口张北县大河公社黑山沟子村下乡插队的宋登元听着村子里的广播难掩喜悦。后来，宋登元通过高考成为大河公社唯一考上大学的知青。因为从小爱鼓捣无线电，他填报了河北大学微电子专业(即芯片专业，光伏是其中的一个分支)。

宋登元回忆起这段过往经历，感慨“这确实改变了自己的命运”。1982年，由于成绩优异，宋登元在大学毕业后被留校任教。当时，他在大学实验室的研究主要集中在光伏材料上，1989年就发表了“光诱导化学气相淀积非晶硅薄膜及其在太阳电池中的应用”的论文，从此与光伏连接在一起。

影响宋登元人生的另一个转折，便是赴澳留学。尽管在科研和教学上顺风顺水，一路跃升至电子科学技术系主任和教授，但他还是顺从内心的求知追求，决定在2000年赴澳大利亚新南威尔士大学留学，师从马丁·格林。

新南威尔士大学位于悉尼近郊，这里气候宜人，环境优美，紧邻邦迪海滩，与著名的悉尼歌剧院的距离也不过半小时车程，尤其是科研氛围和人文环境令宋登元眼界大开。新南威尔士大学的光伏研究中心是全球顶尖的光伏实验室，具有全球光伏界“黄埔军校”之称。

在澳洲读博和工作的10年期间，宋登元的研究领域覆盖晶硅电池、多晶硅薄膜电池和第三代硅量子点太阳电池，并研制成了世界上第一个硅量子点嵌入在碳化硅介质中的太阳电池。

回国后，宋登元明显感觉到，在国内科研环境中，光伏领域研究与产业化应用存在着严重脱节现象。在2012年的一次调研会议上，宋登元直言科技与经济存在“两张皮”现象，一些科研院所和高校充斥着科研浮躁和项目选择上的急功近利。

“我们大学作为科研主力军，将论文与考核机制挂钩，只要发表文章就能提职、提薪，而不重视科研成果的产业转化，这导致了产业化新技术贫乏。支撑光伏产业发展需要的高效低成本技术成果很少，或难以支持产业应用。”宋登元向记者表示，“这也是当初研发N型电池项目为什么在国内找不到合适的大学或研究机构合作，而与荷兰能源研究中心合作的原因。在重视产业化研究方面，我们应该向欧洲学习。”

2009年7月，科技部印发指南文件，将在可再生能源领域的太阳能光伏、风力发电技术和生物质能源开发与利用等三个方向建立我国第二批“企业国家重点实验室”。

宋登元意识到“这是一个实现科技与经济结合的极好机会”。在他看来，如果企业有了国家级实验室便可以推动科技成果加速转化落地，同时提升国内光伏行业的应用基础研究水平。

这个实验室就是后来落地英利的“光伏材料与技术国家重点实验室”，由宋登元担任主任，研究方向包括硅材料制备与特性研究、高性能太阳电池及光伏组件研究、光伏发电系统的基础及应用研究、大容量储能技术研究等。随后，宋登元还领导建设了另外一个国家级重点实验室——国家能源光伏技术重点实验室。

上述两家重点实验室承担了国家“973”计划、“863”计划、科技支撑和国际科技合作等20余项国家与各部委科技项目以及近百项地方科技计划课题。其中，实验室主导完成的N型单晶硅双面电池技术、MWT新型电极结构晶体硅电池产业化成套关键技术、新硅烷法制备高纯度多晶硅技术、大容量磁悬浮飞轮储能技术等研究成果填补了国家空白。

在宋登元等一批科研工作者的推动下，中国光伏产业已经真正实现了自主可控，科技创新突飞猛进。截至2021年，中国光伏多晶硅、硅片、电池、组件的产量占全球总产量比例均在80%以上，硅片环节甚至达到95%以上，四个环节产值突破7500亿元。

2014年至2021年，中国企业/研究机构在晶硅光伏电池实验室效率打破历史纪录高达42次，覆盖PERC、TOPCon、HJT等技术，产业化晶硅电池效率从19.5%提升到24.5%以上。光伏技术的每一次进步都推动着发电成本的降低。据统计，光电转化效率每提升1%，相应产能及收益提升，对应度电成本可下降5%～7%。

宋登元用金字塔形象地解释光伏产业在中国的崛起，以及技术所起的重要作用。“金字塔底层是中国建立了世界上最完整的光伏产业链生态，中间层是人才支撑，顶层是技术引领。目前中国光伏技术已经实现从跟跑到并跑，再到领跑的转变。”

2016年，宋登元在中国可再生能源学会光伏专业委员会任职时，提出和创立了“太阳电池中国效率表”来记录和发布太阳能电池中国最高转换效率，以推动我国光伏技术走向世界更高峰。但他也感慨，“目前常提及的BSF、PERC、TOPCon、HJT、IBC等电池结构发明均来源于国外实验室。我们是一个光伏制造大国，却没有一个电池结构由中国人创造，要加紧缩短在原始创新方面的差距。”

填补技术空白

光伏效应的发现可以追溯到19世纪30年代末，而实用性晶硅光伏电池则诞生于1954年，由美国贝尔实验室研制，这里也是“20世纪最伟大发明”的晶体管的起源地。

“贝尔实验室研制的第一个晶硅电池就是N型硅电池。”宋登元告诉记者，贝尔实验室1954年将硅光伏电池效率从不足0.5%提升至6%，这也意味着产业化应用成为可能。在此后的1960年，晶硅电池转换效率又进一步提升至14%左右。

光伏产业链制造环节主要包括多晶硅、硅片、电池和组件。晶硅电池分为P型与N型两种，区别在于P型硅片基底掺杂了硼元素，N型硅片基底则掺杂了磷元素。

由于成本高，早期N型晶硅电池一直被应用于空间卫星领域。后来科学家发现，P型硅电池比N型硅电池的抗空间高能粒子辐射能力要高，于是20世纪60年代初基于空间应用的硅电池逐渐转向了P型晶硅电池。特别是1973年第一次石油危机爆发，国际油价暴涨，使人们认识到现有的能源结构必须彻底改变，世界各国逐渐加快了对可再生能源研究与利用，P型晶硅电池也开始从太空走向地面，光伏发电的地面应用进一步提速。

从P型电池发展进程看，早期电池结构为BSF，2016年左右，PERC电池开始大规模量产。

不过，N型电池在地面应用不存在宇宙射线的辐射，因此20世纪80年代以来，N型电池的研究也一直未中断。

宋登元回顾当时的情形时表示，全球有两个企业一直坚持N型电池技术路线，一个是美国的SunPower，另一个则是日本的三洋。从上世纪90年代起，这两家公司分别使用N型硅背接触(即“IBC”)电池结构和异质结(即“HIT”，因“HIT”被注册商标，国内一般称“HJT”)

电池结构进行产业化研发和生产。尽管这两类电池成本高，但是效率一直位居行业前列。

事实上，N型光伏电池具有显著的优势。相比P型电池，转换效率高，光致衰减低，弱光效应好，温度系数低，全生命周期内的发电量高，被认为是P型电池之后电池技术迭代的发展方向。不过，由于度电成本性价比不明显，因而N型电池市场一直较为小众。

2004年以来，全球光伏市场呈现爆发态势，中国光伏产业随之崛起。2007年，中国光伏电池产能位居全球第一。在此期间，无锡尚德、保定英利、常州天合、南京中电、苏州阿特斯、邢台晶澳、江西赛维等一批光伏企业迅速崛起并纷纷赴美上市。

2009年，受金融危机影响，全球光伏市场阴霾笼罩。这一年年初，宋登元从澳大利亚回国，入职英利担任首席技术官。

英利于1987年由苗连生创立。2007年6月，其旗下英利绿色能源在纽交所成功上市。彼时，英利在光伏市场的地位可谓如日中天，并在随后的2010年和2014年连续赞助两届世界杯。不仅如此，英利还一度成为光伏产业链完整性、出货量位居世界前列的企业。

作为国家重点实验室主任和企业技术带头人，产业技术方向选择、提升现有技术竞争力和做好下一代电池技术储备都是宋登元需要直面的现实问题。当时，P型电池技术在中国光伏市场上炙手可热，走差异化的N型电池技术路线便成为英利的最重要战略选择。

在苗连生的最终决定下，2009年5月，英利与太阳能电池研究机构荷兰能源研究中心开始共同开发高效N型硅双面PERT电池技术，苗连生把项目命名为“熊猫”，是珍贵、稀有、技术尖端的形象比喻。“苗总把自己的办公室都腾出来作为项目之用，可见对项目支持的力度之大。”宋登元回忆道。

“熊猫”项目成为光伏材料与技术国家重点实验室的主攻方向，得到了国家“973”项目、“863”项目和国际合作项目的支持。但该项目面临的第一个难题就是供应链问题。

“当时国内外根本没有制造光伏N型硅片的厂家，只能自己从头研发。拉晶炉设备找不到就自己改造，从日本、美国、德国等国家整合了五六个品牌。而且，拉出的硅棒还特别短，不像现在能拉到5米长。硅棒尺寸也需要从6英寸改造成8英寸。”宋登元告诉记者，当时我们国家还没有建成晶硅电池完整的产业链，所以解决N型硅片问题熬过了一段漫长的时间。

不同于当时主流单面光伏电池，N型熊猫电池的结构特点是正面使用硼扩散全覆盖形成发射极，背表面磷扩散全覆盖以降低电池背面接触电阻和复合速率，然后在正背面丝网印刷电级，双面都可以进光，这是一种典型的双面电池结构。

宋登元介绍称，“当时没有适合光伏的硼扩散炉，与荷兰Tempress合作才搞定核心设备。另外，N型双面电池需要电池正、背两面印刷，正面需要银铝浆。国内外尚未生产，最后与德国贺利氏公司一起合作研发才得以解决。”

在电池工艺制程方面，N型电池比传统P型电池复杂。从实验室走向规模化生产的过程，仍需要解决一系列工艺问题。

宋登元说：“对企业技术人员而言，缺乏的就是一种可以解决问题的分析方法，国家重点实验室就是为他们分析和解决问题提供科学方法和实验手段。比如，对于正面发射极，需要分析影响电池效率不稳定或效率低的损失机制，找到产生这种现象的原因，然后力求从结构、材料和工艺上改进，这样做实验可以事半功倍。”

令人激动的是，熊猫技术团队仅用一年时间便突破难关研发出了N型PERT电池。2010年8月，PERT电池转换效率为18.1%，紧接着效率又达到了18.5%。该效率远高于当时主流的P型电池，并且可低成本实现规模化生产。

2015年7月，熊猫高效N型双面组件中标国家首批“领跑者”计划先进技术光伏示范基地山西大同50兆瓦地面电站项目。彼时的英利一骑绝尘，在国家科技计划项目支持下，N型电池最高转换效率已超过21%，量产效率达19.7%，而光伏“领跑者”对技术产品有严格的指标要求，单晶和多晶光伏电池组件转换效率分别达为17%以上和16.5%以上。

该项目2016年6月并网发电。宋登元清楚地记得，当年9月初，他带领技术人员来到光伏“领跑者”大同示范基地。“当天英利的电站发电量达到了30万度，而紧邻的电站才25万度的发电量，很多人都很惊讶。”这是N型双面电池组件最大规模的实证电站发电数据，证明了N型双面电池技术的优越性。

宋登元表示，从技术攻关到生产装备配套和工艺改进，我们先于国内同行试水，打通了N型技术产业链各环节，为行业N型技术发展奠定了基础，提供了参考经验。它意味着，继美国和日本企业量产N型电池之后，中国成为第三个大规模生产N型电池组件的国家，填补了国家技术空白，而且成本比国外低30%。

搏浪再战

从事光伏技术研究30余年来，宋登元发表研究论文260余篇，获国家和省部级科技进步奖励10余项。

相比做基础研究，他更热衷于投身产业。

宋登元回忆称，2005年10月，在上海举行的光伏展会上，第一次见到了英利“掌舵者”苗连生。当时，苗连生便向正在新南威尔士大学马丁·格林第三代光伏电池研究项目组工作的宋登元发出邀请。

“记得当时苗总说，在国外当‘二等公民’没有意思，回来吧，咱们一块干，把你学的知识转化成产品更有价值。”宋登元非常感动。后经英利力邀，2009年3月，宋登元决定回国。

“做基础研究与产业的距离相对较远，很难直接感受到将技术转化为产品的成就感，并为产业发展提供动力支持，这也是我为什么喜欢产业的原因。”宋登元表示。

在英利，宋登元一呆便是13年，尽管期间英利经历了最困难的时刻与行业各种“挖人”的诱惑。

2022年，光伏技术迭代的浪潮风起云涌，并被认为是N型电池技术规模量产的元年。特别是随着P型PERC电池效率接近极限，光伏企业正试图通过TOPCon、HJT、IBC等为代表的N型电池进行技术迭代，提升效率，进一步降低成本。这一年初，作为中国N型光伏电池技术领军人物的宋登元加入一道新能。

在采访中，宋登元并未回避记者提问，他讲述了英利和一道新能两个企业对自己“光伏人生”的重要意义，并表示，“在企业最艰难的时候一直没有离开，还是因为对英利感情深厚，感恩苗总的知遇之恩。入职一道新能是因为它是我国对TOPCon高效N型电池研发和产业化的先锋代表，不想错过N型技术变革大潮以及国内‘双碳’战略下光伏千载难逢的发展机遇，希望能够再为光伏行业做点事儿。”

一道新能由同为首席技术官出身的刘勇在2018年创立，被认为是光伏行业的“新一线”标杆企业。经过数轮融资后，一道新能陆续引入三峡资本、招商局创投、北京京管股权投资基金等战略投资伙伴。公司从成立之日起开始布局N型TOPCon技术研发和产业化，已经成为N型光伏技术的引领者之一。目前该公司正大力推动N型TOPCon技术的产能腾飞，2023年该技术电池和组件产能有望各达到30GW。

TOPCon电池结构的概念，由德国Fraunhofer太阳能研究所于2013年首次提出。继N型PERT实现产业化之后，TOPCon电池由国内企业推动，并成功实现规模化量产的N型电池技术，同时一道新能早在2018年就建立了N型TOPCon技术研发线。

“一道新能厚积薄发与刘勇董事长的大力支持，使我抓住了光伏发展的又一次机遇。”宋登元说。入职一道新能后，宋登元带领规划了公司的技术路线图。在他看来，TOPCon电池技术是目前为止晶硅电池最完美的电池结构，可以满足光伏产业对技术高效低成本的要求。一道新能目前TOPCon电池产业化效率已突破了25%，明年年底的目标是效率达到26%。但这种电池效率极限28.7%，最接近晶体硅光伏电池极限效率29.43%。

对于未来，宋登元表示，“我们与新南威尔士大学马丁·格林教授合作正在开发面向27%效率具有自诱导多晶硅沉积的下一代双面钝化TOPCon电池技术，同时也在合作攻克效率超过30%的硅基单线态裂分太阳电池技术。”

值得一提的是，除TOPCon之外，HJT、IBC、ABC、HPBC、钙钛矿等电池技术也在被积极推进产业化，且呼声很高。

不过，宋登元认为，未来能够大规模产业化的主流晶硅光伏技术种类不会太多，因为光伏的能源属性决定了它将朝着低成本方向发展，而高成本是阻碍很多实验室的新技术发展壮大的屏障。

在宋登元看来，光伏技术的产业化不仅要具备一个非常完整的产业链生态，而且该技术还要在具备高效率和高稳定性的同时，具有成本竞争力。“光伏发电转化效率高，发电量高，但如果最终度电成本高，市场也是做不大的。”

这也是中国光伏技术产业化的一个现实。P型PERC电池技术在全球范围内得到广泛应用，便是最好的例证。

P型PERC电池技术最早是由马丁·格林实验室于1982年发明，2012年德国SolarWorld率先实现PERC电池小批量量产，随后韩华Q-Cells、晶澳科技、隆基绿能、天合光能、晶科能源等公司跟进并持续提升了电池转换效率。自2016年开始，P型PERC电池还实现了双面发电及产业化。

与BSF电池技术相比，P型PERC电池表现出了效率优势。与N型PERT等电池技术相比，效率接近且具有成本优势。毫无疑问，PERC成为继BSF电池技术之后产业化的“天选之子”。2019年，PERC电池市场份额超过BSF电池，成为晶硅主流电池技术。

如今，PERC电池技术仍是市场主流，但新的N型技术迭代浪潮已至，也难免被历史的车轮碾压。

宋登元说：“光伏的属性是一种新能源产品，它需要与常规化石能源竞争，实现能源革命。不像航天工业成本约束低，也不像手机高价接受能力强，光伏成本只有低到与煤电、水电可以竞争时才能实现清洁能源替代。”

争夺技术和标准话语权

除了忙于企业技术和产品研发之外，还有一些“重要而有意义”的事让宋登元颇费精力。其中，参与国内外光伏产业标准的制定，是宋登元一项重要行业工作。

除了担任SEMI中国光伏标准技术委员会主席，宋登元还是国际IEC TC82光伏标准委员会委员，以及中国光伏行业协会标准委员会的电池工作组组长。

一年当中，宋登元需要在每一个标准组织里参加多次专题会议，研究制定和审阅即将出台的光伏标准。他深感责任重大，特别是涉及国际标准的部分。以SEMI中国光伏标准技术委员会为例，它是国际协会组织SEMI的重要分支，旨在研究推广产业技术标准，引领和规范全球光伏技术落地、革新和产业协同发展，也是中国参与SEMI国际标准制定的重要平台。

目前，制定国际标准已经成为彰显一个国家核心竞争力的关键要素，发达国家高度重视国际标准在国际竞争中的地位。

“若中国的技术标准转化成国际标准，这不仅体现了我国光伏产业的核心竞争力，而且还可以抢占先机，获得未来市场的竞争优势。特别是，中国已经成为全球第一大光伏装机和应用大国，更不能将标准的话语权交给他人。”宋登元说，谁制定的标准为世界所认同，谁就掌握了产业规则的话语权。要全力推动和重视参与国际标委会等工作，这样中国标准才能上升到国际标准，实现从技术引领到技术和标准双引领的跨越。

作为国内外的光伏标准专家，宋登元已经领导建立了国家技术标准创新基地(光伏)，主编和参与制定了光伏技术标准120余项，其中有不少标准已经升级为国际标准。

推进光伏组件绿色回收技术落地，是宋登元忙碌的另一件行业事情。

目前，光伏产业链从制造环节，再到电站应用端已经实现无污染，但是退役光伏组件的不当处理，也会给环境带来隐患。因此，光伏组件回收也被称为光伏绿色链条的“最后一公里”。

作为国家重点研发计划“可再生能源与氢能技术”重点专项总体专家组专家、光伏回收产业发展合作中心主任，宋登元积极投身光伏组件回收工作。在他看来，这是一件对光伏产业发展至关重要的事情。光伏产业目前已发展到如此大的规模，缺乏绿色回收体系将限制其健康可持续的发展。近两年，宋登元时常出现在相关行业会议及技术论坛等场合，广泛参与讨论，积极推动工作落地。

早在“十二五”时期，国家重点研发计划“可再生能源与氢能技术”重点专项总体专家组便考虑到了光伏产业的长远发展，开始支持光伏组件回收研究工作。宋登元告诉记者，“那时候，我们建议做一个光伏组件回收国内外现状调研，这属于一种软课题，涉及各国回收技术的进展研究。”

“十三五”时期，由中科院电工所牵头13家光伏企业和科研院所，实施国家重点研发计划可再生能源和氢能技术重点专项“晶硅光伏组件的回收处理成套技术和装备”项目。宋登元作为项目责任专家，指导项目实施。

“项目成果颇丰，目前项目自验收已完毕。”宋登元说，进入“十四五”时期，国家更加重视光伏组件回收问题，并密集出台相关政策，推动废旧光伏组件回收利用技术研发及产业化应用。因此，接下来就是如何推动组件回收产业化了。

事实上，不管是作为高等院校教授、企业技术团队带头人、产业化技术“拓荒者”还是产业标准和绿色回收推动者，回首过去，宋登元的个人命运与国家大力发展新能源的时代背景都是紧密相连的。

临近采访结束，宋登元说道：“能有幸赶上光伏新能源快速发展的时代大潮，特别是在‘双碳’目标下可以为国家能源转型尽一份力量，这既是机遇更是责任。”