【中國科學(xué)報(bào)】從“毫克級配方”到“吉瓦級產(chǎn)能”：一支光伏團(tuán)隊(duì)的14年長跑
在光伏這一全球競爭最激烈的賽道，中國企業(yè)已貢獻(xiàn)了全球大部分產(chǎn)能。然而，在規(guī)模優(yōu)勢之外，如何提升自主創(chuàng)新能力、實(shí)現(xiàn)源頭技術(shù)突破，始終是行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員葉繼春團(tuán)隊(duì)用14年時(shí)間，從實(shí)驗(yàn)室的“毫克級配方”走向產(chǎn)線的“吉瓦級產(chǎn)能”，從應(yīng)用基礎(chǔ)研究到量產(chǎn)裝備技術(shù)開發(fā)，為這一問題提供了新的答案。
算清“毫克級”賬本
在光伏電池中，銀漿已成為占比最高、對市場價(jià)格波動(dòng)最為敏感的“吞金獸”。當(dāng)前正處于光伏行業(yè)微利時(shí)代，每瓦哪怕只減少0.1毫克用量，對吉瓦級產(chǎn)能的企業(yè)而言，都意味著千萬級別的利潤。
突破的切口，始于正面電極的一個(gè)“減法”：用高精度鋼板替代傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷。實(shí)驗(yàn)室理論測算證明，只要滿足低接觸電阻的前提，降低線寬不僅能提升效率，還能顯著降低銀耗。激光誘導(dǎo)增強(qiáng)接觸技術(shù)（LECO）已能顯著降低柵線接觸電阻。葉繼春團(tuán)隊(duì)通過前期對LECO的系統(tǒng)研究，揭示通過調(diào)整優(yōu)化漿料配方和誘導(dǎo)形成高密度銀晶可以形成極低接觸電阻率，滿足鋼板印刷細(xì)柵的要求。
但技術(shù)一碰產(chǎn)線，現(xiàn)實(shí)問題接踵而至：柵線寬度和間距如何設(shè)計(jì)？不同結(jié)構(gòu)電池的漿料及LECO工藝怎樣調(diào)試？鋼板壽命如何延長？
“企業(yè)最關(guān)心的是綜合成本，不是單點(diǎn)指標(biāo)。”葉繼春團(tuán)隊(duì)博士生杜浩江回憶。團(tuán)隊(duì)沒有停留在理想狀態(tài)，而是做了大量微觀表征與工藝調(diào)試，通過理論模擬與上百次實(shí)驗(yàn)迭代，最終鎖定了鋼板印刷的工藝窗口。
背面的“減法”同樣需要精密計(jì)算。傳統(tǒng)隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）電池背面全覆蓋多晶硅雖利于鈍化，卻會(huì)吸收長波長光造成寄生損失。然而，“去多少、留多少”直接影響效率與成本。研究發(fā)現(xiàn)，去除部分多晶硅雖對載流子傳遞有微弱影響，但整體效率上升，最終將最佳覆蓋比例精準(zhǔn)錨定在約44%。這一設(shè)計(jì)不僅降低了寄生吸收，更使電池雙面率躍升。
技術(shù)落地的“最后一公里”，往往卡在“經(jīng)濟(jì)性驗(yàn)證”。團(tuán)隊(duì)將研究成果向《焦耳》投稿時(shí)，審稿人提出尖銳質(zhì)問：新技術(shù)與現(xiàn)有產(chǎn)線兼容性如何？經(jīng)濟(jì)效益提升多少？論文第一作者杜浩江沒有用純理論來回避問題，而是建立了一套嚴(yán)密計(jì)算模型，將柵線設(shè)計(jì)、效率波動(dòng)、鋼板壽命、銀漿節(jié)省量、激光成本、良率波動(dòng)等變量全部納入，用詳實(shí)數(shù)據(jù)證明了方案的可行性。
在高強(qiáng)度科研攻關(guān)中，杜浩江也是受益者，不僅發(fā)表多篇高水平論文，科研能力也已能獨(dú)當(dāng)一面。他說：“看著技術(shù)真正在產(chǎn)線落地，那種成就感是無與倫比的?！?/p>
跑出原創(chuàng)速度
十年前，中國光伏產(chǎn)業(yè)還依賴國外的原創(chuàng)裝備與技術(shù)，國內(nèi)創(chuàng)新多集中于生產(chǎn)優(yōu)化。在晶體硅電池領(lǐng)域，只懂材料不懂設(shè)備，原始創(chuàng)新難以落地。葉繼春團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，必須打通“理論-材料-工藝-設(shè)備”閉環(huán)。2018年，團(tuán)隊(duì)攻關(guān)管式等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）技術(shù)時(shí)，遭遇多位“技術(shù)大咖”的不信任：“歐洲人都沒做出來的設(shè)備，一個(gè)小團(tuán)隊(duì)怎么可能做成？”
葉繼春帶著前期數(shù)據(jù)拜訪了多家裝備企業(yè)，最終說服一家企業(yè)進(jìn)行聯(lián)合開發(fā)，并展開高強(qiáng)度攻關(guān)。在項(xiàng)目初期，問題千頭萬緒，葉繼春帶領(lǐng)多位核心成員直接駐扎現(xiàn)場兩個(gè)月；每晚9點(diǎn)開復(fù)盤會(huì)，總結(jié)數(shù)據(jù)、出具方案，常討論到深夜十一二點(diǎn)。團(tuán)隊(duì)最終解決了石墨載舟防導(dǎo)通設(shè)計(jì)問題，穩(wěn)定了等離子鍍膜環(huán)境，開啟了管式PECVD在導(dǎo)電薄膜生長中的新應(yīng)用；先后攻克無爆膜非晶硅、納米氧化硅/摻雜多晶硅的三合一工藝、梯度摻雜多晶硅膜層、碳/氮元素?fù)诫s多晶硅等多項(xiàng)技術(shù)，并成為行業(yè)量產(chǎn)標(biāo)配。
葉繼春團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)開發(fā)的管式PECVD設(shè)備目前已成為占據(jù)TOPCon市場份額56%的主流技術(shù)路線，直接銷售額突破70億元，帶動(dòng)組件銷售額超2000億元/年。
從過去“一線廠家告訴團(tuán)隊(duì)設(shè)備怎么用”到如今“團(tuán)隊(duì)告訴廠家怎么造設(shè)備、怎么提效率”，葉繼春團(tuán)隊(duì)完成了角色轉(zhuǎn)換。他們主動(dòng)拜訪國內(nèi)裝備公司，在國產(chǎn)裝備基礎(chǔ)上開發(fā)新材料、新工藝，持續(xù)產(chǎn)出引領(lǐng)性成果。
下一步，葉繼春表示，團(tuán)隊(duì)將錨定三個(gè)維度的目標(biāo)開展工作：一是繼續(xù)挖掘TOPCon潛力，通過多維度協(xié)同創(chuàng)新逼近理論極限；二是推動(dòng)TOPCon與背接觸電池（BC）技術(shù)融合，解決若干BC技術(shù)指標(biāo)不完美的問題，拓展分布式應(yīng)用場景；三是布局疊層電池，利用TOPCon兼容高溫工藝的優(yōu)勢，為技術(shù)升級預(yù)留通道。
保護(hù)好創(chuàng)新的種子
中國光伏產(chǎn)業(yè)已形成制造優(yōu)勢，原創(chuàng)能力也在逐步增強(qiáng)。然而，原創(chuàng)技術(shù)如何獲得與之匹配的回報(bào)，仍是重要課題。
長期以來，光伏領(lǐng)域技術(shù)擴(kuò)散極快，一項(xiàng)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)化后往往很快被廣泛借鑒。這種生態(tài)雖推動(dòng)了技術(shù)普及，卻讓創(chuàng)新者難以保持領(lǐng)先優(yōu)勢。很多企業(yè)聚焦于生產(chǎn)管控，通過抄襲補(bǔ)齊技術(shù)短板，加劇了同質(zhì)化競爭和產(chǎn)能過剩。
對堅(jiān)持走向“無人區(qū)”的初創(chuàng)團(tuán)隊(duì)而言，創(chuàng)新技術(shù)被抄襲，便無法獲得資金回報(bào)以持續(xù)創(chuàng)新。葉繼春團(tuán)隊(duì)的另一項(xiàng)工作——“激光邊緣隔離裝備及全套技術(shù)”就遭遇了此類困境。
2024年5月，團(tuán)隊(duì)敏銳發(fā)現(xiàn)半片電池存在裂片導(dǎo)致的功率損傷嚴(yán)重、邊緣鈍化修復(fù)成本高昂等痛點(diǎn)。經(jīng)過內(nèi)部激烈討論，葉繼春仍堅(jiān)持在有限資金條件下組建團(tuán)隊(duì)開展工作。團(tuán)隊(duì)從原理出發(fā)，通過系列創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了組件功率顯著提升、裝備價(jià)格大幅下降，率先推動(dòng)了激光隔離技術(shù)及裝備的商業(yè)化應(yīng)用。項(xiàng)目從2024年9月進(jìn)駐中試線，到2025年9月產(chǎn)生行業(yè)首個(gè)訂單，歷時(shí)僅一年；隨后該技術(shù)被晶澳、天合、通威等頭部企業(yè)接受，產(chǎn)能達(dá)100多吉瓦，直接帶動(dòng)設(shè)備銷售超2億元，間接帶動(dòng)組件銷售700多億元（按每瓦0.7元計(jì)）。
然而，隨著技術(shù)被頭部企業(yè)接受，行業(yè)“一夜之間”涌現(xiàn)出十余家同類產(chǎn)品公司。這一局面使葉繼春及其初創(chuàng)公司無力應(yīng)對，只能眼睜睜看著“競爭者”通過仿制技術(shù)“合理”進(jìn)入電池制造企業(yè)。
這一現(xiàn)象從量產(chǎn)裝備到電池技術(shù)均有存在，成為制約中國光伏原始創(chuàng)新進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。“如果不做好知識(shí)產(chǎn)權(quán)和商業(yè)秘密的有效保護(hù)，原創(chuàng)團(tuán)隊(duì)遲早會(huì)難以為繼?！比~繼春呼吁，只有尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán)，才能保護(hù)好創(chuàng)新的種子。
葉繼春（中）與團(tuán)隊(duì)成員研究高效TOPCon晶硅太陽電池
（原文發(fā)布于《中國科學(xué)報(bào)》 2026-06-08 第4版 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化）
【原文鏈接】https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2026/6/389979.shtm