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阳光三十年Sunpower发展之路

发布时间:2019-08-15 15:18:09

  作为科班出身的人,谨以此文向那些为了人类能源可持续发展贡献自己才智和心血的科学家,工程师,企业家,以及所有相关的人致敬。本文不可作为股票投资参考依据。资料来自多年整理,积累自业内访谈,学术论文,行业报告,同行吐槽和络信息。

  在过去 0年行业轰轰烈烈的发展历程中,Sun power不是第一家光伏公司,也不是增长最快的,更不是实力最强的,但是谁都不可否认,他是谁都不可忽视的标杆性企业,他开创了普及的时代。因此回顾它的历史,也是对太阳能普及时代这三十年的一个见证。本文旨在介绍,这个公司为什么重要,他有什么样的地位,他对光伏行业乃至能源行业产生了什么样的影响。

  要想知道什么是光伏,一切都要从1905年说起。

  1905年初春的瑞士依旧很冷。在伯尔尼街头的咖啡馆里面,一张桌子上摆着四篇论文。一个头发蓬乱的年轻人一口一口的喝完手中的咖啡,拿起最上面一篇看了看,放到信封里寄给了德国物理学报。后来他因为这篇文章拿到柏林大学物理系教授教职并且获得1921年诺贝尔奖。这个年轻人的名字叫艾尔伯特爱因斯坦,他的这篇论文叫《光的发生和转化分析》。他当时还没有意识到,这个发现在20世纪80年代给世界带来了一场能源革命。

  自从18 9年法国摄影师,工程师Alexandre发现光照通过特殊材料会产生电流以来,人们一直对神秘的光电效应充满了好奇。直到1905年这其中的原理才被爱因斯坦利用量子理论解释清楚:光子和电子作为粒子其能量是可以进行离散式的交换的。其量级是一个最小值的整数倍。

  这一伟大的发现让刚刚进入电气时代的人类社会激动不已,尤其是学界和工业界。长期以来基于卡诺循环驱动的发电机慢慢占据了整个世界。已经有不少富有远见卓识的物理学家和发明家已经发现,化石燃料(间接太阳能)对人类能源需求的支撑时间尺度是无法和直接利用太阳能能相比的。而如果利用光生伏打效应导出电流,就可以得到及其理想的能源转化系统。

  然而,这一理想让学界和工业界努力了50年。

  195 年的新泽西的夏天永远是那么的凉爽。在贝尔实验室一间毫不起眼的办公室里,有个身材瘦长的中年人盯着一块黑板很久了。他的名字叫GeraldPearson,研究光伏效应已经有5年了。那个年代这个研究课题可不新鲜,毕竟爱因斯坦先生的文章已经广为传播,谁都想做出一些有实用前景的东西。和其他人不一样的是,Gerald对在新的系统里观察光伏效应没有什么兴趣,他认为真正有意义的研究是实际的应用。根据他过去5年的研究结果,在半导体里面获得的光伏效应才可以稳定输出电功率,而地壳中含量第二名的硅元素正是新兴的半导体行业中最常用的材料。因此使用硅材料的成为他的研究重心。几个月前刚刚拜访过爱因斯坦,老人家已经顽疾缠身,长年专注大一统理论的研究。不过最终他还是告诉Gerald说:想想普朗克,布洛赫,想想布里渊。他们的研究对你会有帮助的。回到办公室,Gerald和他的老同事WilliamShockley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HanQueisser进一步推导单结太阳能电池理论极限为 .7%)这一结果更加增进了Gerald的信心。

  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furnacediffusion的方法,高温将P,N杂质通过气相扩散掺入2寸,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%。14年之后,Gerald的师侄BobNoyce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。

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