中国的光伏产业是如何崛起的？TOPCON何时替代PERC？未来光伏会被应用于太空中吗？近日，世界太阳能之父马丁·格林（Martin Andrew Green）做客彭博社的著名播客节目“零排放”（Zero），谈论了光伏产业的前世今生和未来发展。
马丁·格林是新南威尔士大学教授，被誉为“世界太阳能之父”。他因在“高效硅光伏器件的开发”方面的成就，在2021年获得日本国际奖。
他在光伏研发方面的工作使现代太阳能产业得以实现，去年生产的90%的光伏组件都是基于他的发明：TOPCon和PERC起源于他的实验室，中国光伏教父施正荣博士是他的门徒。本文是马丁在此次播客节目发言的节选。
中国几乎占了今天全球光伏产量的一半。这是怎么发生的？
马丁：20世纪的太阳能产业还只是一个小众产业。真正创建现代产业并让太阳能电池在成本和生产量方面具有竞争力的，其实是我的学生们在世纪之交对中国制造业产生兴趣。但尤其是我的一个学生，施正荣博士，他怀有在中国建立制造业的雄心壮志，我们知道这将是多么困难，所以我个人试图劝阻他。幸运的是，我没有成功，因为如果没有他的决心，现代太阳能产业就不会存在。
他的进展引起了美国投资银行的关注。我知道的主要有高盛和摩根士丹利这两家，它们都对他在美国上市产生了兴趣，因为那个时代，中国股票非常受欢迎。每个人都能看出这一切进展得非常顺利，实际上也确实如此。
施正荣在2005年，即第一次生产电池仅三年后，就在纽约证券交易所上市，这也是2005年最大的科技企业首次公开招股。突然间，通过这次资本募集，他的公司得到了4亿美元的注入。他仍然拥有公司的大部分股份，因此通过这次上市，他成为了第一个太阳能亿万富翁。但这非常重要，因为它引发了一场美国投资银行寻找其他能够仿效第一家成功公司的中国公司的热潮。
当然，也有很多中国公司对获得4亿美元的意外财富感兴趣。所以在2005年到2010年之间，有10家中国太阳能公司在美国交易所上市，包括纽约和纳斯达克。其中六家至今仍然是全球前10大制造商，形成了该行业的骨干。
施正荣的成功激发了其他在中国的公司希望在美国交易所上市，而美国投资银行的尽职调查的一部分就是确保他们能接触到先进的技术。因为施正荣出自我们的团队，所以从我们团队招聘人员成为了公司技术高管的优先事项。因此在那段时间我们损失了很多员工，但事实证明这是非常重要的。它大大降低了太阳能的成本，以至于你现在可以把它作为应对气候变化的可行选项来讨论。同时，它还在中国创造了一个庞大的产业。我们都感到自豪，因为我们能以这种方式推动产业的起步。
如何看待西方将全世界对中国光伏行业的依赖视为威胁？
马丁：澳大利亚的大学在很大程度上依赖于来自中国的留学生，因为他们占据了学校总预算的很大一部分。所以我们不希望他们停止来澳。你知道，我们在世纪之交还做了另一件事，那就是创建了世界上第一个光伏工程本科学位课程，大约一半的学生是来自中国的海外留学生。但我认为，这对世界来说是一个好结果，因为它给我们提供了低成本的太阳能电池。现在，其他国家有机会进入太阳能电池制造行业。
我不认为他们能够与中国的成本相匹敌，但成本已经降得如此之低，以至于我认为你不需要绝对最低的成本才能与其他可用的选项竞争。所以我正在与一家印度公司合作，试图让他们达到制造水平。我认为印度有建立一个可行产业的最佳前景，因为他们也非常坚定地想要成功地进入电池制造行业。
发明人设立公司，然后有人买断他们，发明人因此从他们的发明中获利，这是一种常见的方式。我以前的很多学生都比我富有，因为他们被中国的合资企业收购了。
非常低的成本和非常活跃、有竞争力的行业，这是我的学生们在中国成功的原因之一。但在澳大利亚，这个行业不可能发展到与中国相同的规模和体量。我觉得认为澳大利亚本可以走中国已经走过的路是有些异想天开的。澳大利亚市场与中国市场相比非常小，因此不会有与在中国一样的来自美国投资者的兴趣。
光伏技术变化如此之快，为什么中国人能在这样一个快速变化的技术环境中盈利？
马丁：这其实都是我们团队的“过错”，因为是我的学生们在中国建立了这个产业。他们迅速达到了全球无法匹敌的规模。然后他们在中国所做的一切都降低了成本。
我的一些学生说过：如果他们能从中国买到一台设备，那么成本将是从欧洲或美国购买的三分之一。现在他们几乎所有的事都是在中国做的。有很多人在不同的公司之间流动，如果他们表现出色，就会被挖走，可能在一家公司只呆28个月，然后转到下一家。
所有的设备供应商都在中国，他们都愿意透露公司的竞争对手如何使用他们的设备以及如何做到这一点。另外，许多中国光伏行业的人都在使用微信。我们大约500名校友就会有自己的微信群。他们会在其中谈论一家公司的表现如何等等。信息就会以一种在其他国家难以实现的方式传播开来。这使每个人都能很快达到最佳实践，并推动整个行业向前发展。
晶硅电池到达极限了吗？
马丁：我们总是会认为在硅电池方面已经做到了极限。1999年的时候我们认为25%的效率就是极限。现在，我正在写一篇论文，认为行业可以把效率提升到28%。也许10年之后，我会把极限修改的更高。
一个太阳能电池有点像一个光子转换器。一个能量足够的光子会在外部电路中产生一个电子，不管是蓝色光子还是红色光子，它们还是会完成同样的工作。（在太阳能电池中，红光子（red photons）和蓝光子（blue photons）是太阳光谱中的不同组成部分，它们具有不同的能量水平。蓝光子具有更高的能量，而红光子具有较低的能量。）
如果你能将一种擅长处理蓝色光子的电池堆叠在硅电池的上面，你就可以通过专门化电池功能来提高性能。所以你有一个能很好地处理蓝色的电池堆叠在硅电池上，它会抓住所有蓝色光子并比硅电池更有效地将它们转化。然后红色光子会穿过到硅电池，该电池可以相当有效地转化它们。然后，你会从这个过程中获得效率的提升。
这就是叠层电池。我们有一个叠加转换器，一个实际的光伏发电系统，你可以将它置于阳光下进行测试，而不仅仅是在室内闪光灯下进行测试。它可以将阳光中落在孔径上的40.6%能量转化为电力。这目前是全部技术室外太阳能转换的世界纪录。它有四个电池转化太阳光谱的不同部分。
在地球上的阳光下，叠层电池理论极限是68%。但我不认为我们会接近那个数字，那需要大概有20个或30个电池堆叠在一起。这种情况下可能不再具有商业经济性。40%是我认为具有商业可能性的转换效率。当然这不会很快发生，也许20年之后，我们的商用光伏组件可以达到这种效率。
现在全球安装的PERC电池比人类历史上所有的太阳能电力发电量还要多，显然，我们为此感到非常自豪。下一个光伏主流技术可能会是TOPCon，也是起源于我们的实验室。我们优先考虑了PERC，因为它更容易制造，并帮助我们快速实现了25%的效率目标。所以这两种技术在本十年内都会发挥重要作用。
在太空中可以得到更高效的光伏电池吗？
马丁：嗯，可能效率不会更高。因为穿过大气层后，太空中的光谱会有些许不同。但在太空中，能量更多，并且全部都来自同一个方向。因此，如果能够高效、有效地将能量传回地球，那么在太空中进行光电转换是有优势的。
另一个优点是，你在太空中几乎可以全天候、接近24小时获得电力。因此，近年来对这一方向的兴趣有所复苏。但我认为地表太阳能更为便宜，可能不需要开发太空太阳能。当然，也可能存在某些应用场景能更有效地生成电力。
您如何看待钙钛矿电池？
马丁：我对这个问题一直很感兴趣，这可以追溯到80年代。但硅具有四个很难被其他材料匹敌的属性。第一是丰富性，它是地壳中第二丰富的元素。第二是无毒性，它是无毒的。第三是稳定性，它是一种非常稳定的材料。第四是效率，总共只有七种材料在转换阳光方面表现出超过20%的效率，硅是其中最稳定的一种，也是唯一一个符合我提到的这四个标准的材料。
现在其他材料也已用于太阳能生产，比如硫化镉就是其中之一，它是镉（一种高度有毒、非常令人讨厌的金属）和碲（一种非常稀有的材料，甚至比黄金还稀有）的化合物。从目前的供应情况来看，碲因为过去没有什么实际用途而并不成问题。你可以看出，这项技术存在的问题，它甚至无法满足当前全球太阳能的生产需求。所以我们一直在寻找符合这四个条件的材料。
目前最有前途的候选材料是钙钛矿材料。但不幸的是，这涉及到铅，这在毒性方面是不合格的。这种材料能提供良好的效率，所以在这一方面有很大的优势。但稳定性是主要问题，户外环境非常恶劣，即使是硅也在某些情况下难以应对。
所以，对于一个在稳定性方面处于极端的材料，我很难看到会有什么进展。近年来钙钛矿的研究确实取得了一些进展，但这更多是线性的进展，而如果要开发一个可行的产品，我们需要在稳定性方面取得指数级的进展。因此，我们仍在寻找其他候选材料。我不确定钙钛矿存在的问题能否及时解决进入商业化应用。
我们希望叠层电池在本十年末左右能投入使用。实验室里的40%转换效率贵的离谱，只有更低的成本和可商业化的技术重复才能让如此高的效率尽可能普及开来。
