沈輝:和光伏的故事 從研究到實業(yè)
2015年01月28日 10:2 2653次瀏覽 來源: 太陽能光伏網(wǎng) 分類: 光伏
“在太陽電池方面日本從來不賣關(guān)鍵裝備給中國,只賣光伏組件;但是德國會賣裝備,一方面中國市場巨大,另一方面,德國和中國相距這么遠,不會形成競爭。有個德國人跟我說,中國人每人如果在他那買一雙襪子,他就是富翁了”。
在課上,沈輝教授說到。這是一門給本科生開的公選課。
在一個大教室,他不用麥克風,洪亮的聲音會讓你誤以為這位老師只是早生華發(fā)。身兼中山大學太陽能系統(tǒng)研究所所長、順德中山大學太陽能研究院院長,有時一天在兩地間往返,處理各種事務(wù)。上課時沒有流露一絲倦容,一直站在講臺上,不緊不慢地講著,像鄰家長輩一般同你聊天。
和“光”的故事:從研究到實業(yè)
出生于1956年,受家庭影響,他從小喜歡電工、無線電。1963年上小學,1966年停課。停課期間自學分數(shù)、電工、無線電等知識。
1970年復(fù)課鬧革命,便直接上初中,兩年畢業(yè)上高中,這期間又自學導(dǎo)數(shù)、微積分等課程,并自己組裝、修理收音機等。
“(當時)用的高等數(shù)學教材是別人送給我的,用牛皮紙包了封面,上面寫‘鋼鐵是怎樣煉成的’,這是蘇聯(lián)著名革命小說的名字。所以后來我對這本小說有特殊的感情。”沈輝教授說。
1975年,和許多上山下鄉(xiāng)的知識青年一樣,他被下放到江蘇生產(chǎn)建設(shè)兵團一師二團,1977年開始擔任連長職務(wù),相當于農(nóng)村生產(chǎn)大隊長,如農(nóng)民一樣,開始了整天與陽光、土地打交道的日子。
文革結(jié)束恢復(fù)高考后,作為連隊主要負責人,他在高考10天前才請假回家復(fù)習考試。他所在的農(nóng)場有上萬知青,在1978年,包括大專在內(nèi),只有9個人考上大學。他則幸運地進入重點院校分數(shù)線。
“物理考了85分,我是無線電愛好者,從初中起學習自己組裝收音機。對光電興趣大,特別敬佩國防工業(yè)的科技工作者,”沈輝教授說,“有朋友推薦重點院校,華東工學院(原來南京炮兵工程學院,原從哈軍工分出來,現(xiàn)在南京理工大學),看到招生簡章上的軍用光學儀器設(shè)計與制造專業(yè),很喜歡,就選擇了”。
學習、研究“光”這么多年,他還是覺得自己并不知道光究竟是個什么東西。“我是學光學的,我對光的感情很深,我現(xiàn)在不知道光究竟是什么東西,”他說,在一次講座上,“到今天為止,光學發(fā)展創(chuàng)造了許多文明,但是光究竟是什么東西?很難回答。光是波,也是粒子,光電效應(yīng)是粒子。希望有一天我能夠制造一個光口袋,到了晚上,慢慢地把光放出來照明。”
提到這句話,沈輝教授解釋,光學是一門古老又現(xiàn)代的知識,盡管人類在光學理論與實踐方面取得了巨大成功,但是光的本性仍有待繼續(xù)探索與認識。“我認為光就是實體粒子,與原子、電子、質(zhì)子、中子是類似的,并且光子與電子密不可分。我甚至認為有一天在元素周期表中可以根據(jù)原子的主量子數(shù)、副量子數(shù),在每個原子的電子殼層上都標定一定數(shù)量的光子數(shù)。
盡管“光口袋”只是一個想象,但他相信,人類有一天可以像收集水、空氣一樣“原汁原味”地將光收集起來,需要的時候再取出來。
1992年,他獲得中科院首屆留學基金獎學金到德國留學,近五年的留德學習經(jīng)歷,既讓他看到同一領(lǐng)域國內(nèi)國外的差距,也令他意識到,將研究和產(chǎn)業(yè)結(jié)合起來的重要性。
也因為如此,沈輝教授后來來中山大學創(chuàng)建太陽能系統(tǒng)研究所和順德中山大學太陽能研究院,擔任所長、院長并推進和政府、企業(yè)合作。
他的學生周吉祥說,沈輝教授作為科研工作者,一直希望將科研和企業(yè)緊密結(jié)合在一起。
據(jù)沈輝教授介紹,目前研究團隊在高效晶體硅電池工藝、薄膜電池材料做了一些工作,也承接了一些國家、省市項目。有兩位博士生多次在國際會議上做報告,最近一次最重要的太陽能會議,一共10人獲得青年科學家獎項,其中就有一位是他的博士。“我們團隊在順德光伏應(yīng)用方面做出了貢獻,順德在全國光伏應(yīng)用走在前列最重要原因是我們隊伍在那兒,”沈輝教授說,“這些我說了不算,你們直接去問佛山市、順德區(qū)有關(guān)部門。”
然而,尋求合作的過程也不乏阻力。“人們對光伏技術(shù)認識還不夠,另外一些官員及所謂專家不懂裝懂,我們要不停地宣傳與科普。”沈輝教授說,從總體上看,中國在光伏產(chǎn)業(yè)可以說是世界領(lǐng)先,但研究水平和企業(yè)、國外相比還有很大的差距。“我們的壓力很大”。
“在德國,許多大學或研究所的教授可以昂首挺胸的,因為他們?yōu)閲耶a(chǎn)業(yè)強盛提供強大的技術(shù)支撐。”晚上下課后,在路燈下,風打過樹葉的呼呼聲并沒有蓋過沈輝教授的聲音,他說到這里,猛地向后挺直了腰板,同我們示范。
“我們這兒產(chǎn)學脫節(jié)還是比較嚴重的。我們創(chuàng)新能力不夠主要是我們原創(chuàng)不夠,國家應(yīng)該創(chuàng)造最好的條件、集中財力讓極少數(shù)具有能力的、賴得住寂寞、不為功利的人去做些基礎(chǔ)研究。”
他說,基礎(chǔ)研究要能夠提出有價值的理論,成果能夠上教科書;自己由于天賦不夠,還是適合做些應(yīng)用技術(shù)研究。“行政式、指標式評價使得科研扭曲、變態(tài),功利心很強。各人有個人的追求,不可統(tǒng)一要求。”
學生說,他,凌晨回復(fù)郵件,嚴謹、有情懷
聊了一會兒,已是夜里十點多,沈輝教授便和我們告別,自己駕車回去。寒風中,我們幾個已經(jīng)被風吹得發(fā)抖,想到剛才四周都回蕩沈輝教授的聲音,驚訝于其聲音之渾厚洪亮。連問幾名學生,他們都不約而同 說到,沈輝老師精神狀態(tài)特別好,平時走起路來比年輕人還快。
有次和學生一起乘車去深圳同一位老師見面,因路上耽誤了些時間,一出站,已經(jīng)8:50,眼看還有10分鐘就到同別人約定的時間,沈輝教授就快步走,遇上樓梯就連跨兩個階梯,同行的學生都要一陣小跑才能跟上,最后,到達時,離約定時間還有一兩分鐘。邱開富說道。他是沈輝教授一名博士生,從大一開始和沈輝老師接觸,因為是逸仙班的學生,從大一就開始實行導(dǎo)學制。
“沈老師是個特別嚴謹?shù)娜?,要求學生必須忠實于數(shù)據(jù),才能做出分析;如果發(fā)現(xiàn)實驗問題,要找出導(dǎo)致波動的因素。”周吉祥說,每次和沈輝老師交流,獲得的信息量都特別大,不僅僅是觀點。“他會結(jié)合數(shù)據(jù)、例子,以及國外、企業(yè)的情況,跟學生說他的新想法,給學生參考。”
做本科畢業(yè)論文時第一次同沈老師接觸,王宏磊(現(xiàn)在也是沈輝教授指導(dǎo)的一位碩士生)覺得這位老師非常和藹、平易近人,受其影響最大的是對科研的態(tài)度。“求真、務(wù)實,沈老師得知一些別人發(fā)表的成果都會讓學生去搞清楚具體細節(jié),如數(shù)據(jù)來源、實驗條件等等,再評估其可靠性;沈老師對數(shù)據(jù)可靠性要求很高,要求實驗成果要有詳細的數(shù)據(jù)支撐,經(jīng)得起考驗。”
對于自己學生將來的發(fā)展,沈輝教授希望他們能夠?qū)⑺鶎W應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)上,真正為實業(yè)做出貢獻。“要求自己的學生不去做官,去做實業(yè),為國家進步提供實實在在的貢獻;沈老師每每講話,言出必真,不留情面,官員能接受就接受,不能接受就不接受”王宏磊說。
除了學術(shù)上的嚴謹扎實,在學生眼中,沈輝教授還是一個“有情懷”的人。這在研究所一些細節(jié)上可見一二。走進中山大學太陽能系統(tǒng)研究所,你首先看到的是左邊一排帶“轱轆”的木椅,右邊白墻上有塊展示板,上面分別寫著鄧小平的“我是中國人民的兒子,我深情地愛著我的祖國和人民”,和陳寅恪為王國維所寫碑銘的其中兩句:“士之讀書治學,蓋將以脫心志于俗諦之桎梏,真理因得以發(fā)揚”,“惟此獨立之精神,自由之思想,歷千萬祀,與天壤而同久,共三光而永光”。
產(chǎn)學研結(jié)合:一所一院
中山大學太陽能系統(tǒng)研究所,位于中山大學東校區(qū),正式成立于2004年,為“光電材料與技術(shù)國家重點實驗室”的重要組成部分,2005年獲得廣東省教育廳重點實驗室建設(shè)項目資助,2011年獲得批準建立“廣東省光伏技術(shù)重點實驗室”。
“通俗地講,我們研究所在做的就是努力將廉價的、環(huán)保的能源送進千家萬戶,普及、利用太陽能,像現(xiàn)在基本家家戶戶都有熱水器一樣,”邱開富說,“這其中的關(guān)鍵就是要降低利用太陽能的成本,使得它和使用火電、水電的價格持平。”
據(jù)介紹,研究所注重科研,主要進行太陽電池的研究,涵蓋新材料制備、高效電池探究和組件效率衰減監(jiān)測等。目前正在研究的方向為拓寬太陽電池光譜和高效太陽電池。兩者都是為了提高電池的光電轉(zhuǎn)換率,其中前者一方面包括尋找其它材料和硅一起形成異質(zhì)結(jié),即太陽電池的核心部分——p-n結(jié)。如果p-n結(jié)中p型、n型的材料都為硅,則稱之為“同質(zhì)結(jié)”,否則稱為“異質(zhì)結(jié)”。不同的材料吸收太陽光的波段不一樣,硅吸收的波段有限,那么通過找到另一些材料和硅結(jié)合,可以拓寬電池所能吸收的光譜,利用更多的太陽光。另一方面,則是研究疊層太陽電池,也就是將兩個電池做在一起。高效太陽電池方向,則是基于常規(guī)電池的對其結(jié)構(gòu)、細節(jié)進行一些改進。
“幾十年前就有理論證明太陽電池最高的光電轉(zhuǎn)換率為30%,經(jīng)過這么長時間的發(fā)展,最高的效率已經(jīng)提高到了25%,現(xiàn)在還要尋求提升的話,需要花很大的精力才能提高一點一點,”邱開富略開玩笑地說,“所以很多時候,我們做的有點吃力不討好。”
總體而言,國內(nèi)在太陽電池領(lǐng)域的研究仍是跟在國外后面。“形象地說,國外是第一梯隊,國內(nèi)是第二梯隊,就比如某種高效太陽電池首次在國外公布,國內(nèi)才開始進行這一方面的研究。”邱開富舉例說。
相較于研究所,企業(yè)具有設(shè)備和人才上的優(yōu)勢,在相關(guān)領(lǐng)域的研究往往走在前面。但企業(yè)也會尋求和研究所的合作。太陽能系統(tǒng)研究所和企業(yè)合作的項目一般都是企業(yè)牽頭,雙方之間數(shù)據(jù)共享。據(jù)介紹,企業(yè)一方會提供材料、設(shè)備支持,通過合作可以不用費時費力在企業(yè)內(nèi)部組建研發(fā)室,省時省力地獲得需要的數(shù)據(jù)。
同樣是廣東省光伏技術(shù)重點實驗室的重要組成部分,順德中山大學太陽能研究院是順德區(qū)政府和中山大學于2010年共建的,由順德區(qū)政府批復(fù)并出資興建,重點開展太陽電池性能檢測、太陽電池缺陷檢測與修復(fù)、新型電池與組件技術(shù)、老舊組件衰減機制分析及回收研究、光伏電站設(shè)計、光伏集成應(yīng)用開發(fā)、光伏技術(shù)培訓(xùn)以及相關(guān)的光伏政策與產(chǎn)業(yè)規(guī)劃等工作以及咨詢服務(wù)。
太陽能研究院的研究團隊以沈輝教授的團隊為主,下設(shè)太陽電池研究室、光伏組件研究室、光伏電站研究室、光伏集成技術(shù)研究室、測試中心、信息中心和培訓(xùn)中心。自成立以來,研究院承擔和參與的國家支撐計劃、粵港關(guān)鍵領(lǐng)域重點突破項目、產(chǎn)學研項目、創(chuàng)新平臺建設(shè)等國家、廣東省、佛山市以及順德區(qū)等各級縱橫向科研課題和合作項目30多項,參與行業(yè)標準和地方標準9項。
2014年年初,媒體報道,順德已經(jīng)完成7個光伏電站的建設(shè),總安裝容量達90.65MW。在全國城市光伏應(yīng)用中名列前茅。其中,順德中山大學太陽能研究院在順德光伏電站建設(shè)中承擔光伏系統(tǒng)咨詢、設(shè)計、檢測等專項技術(shù)服務(wù)工作。除了與政府的合作,研究院也與樂從鋼鐵世界、勒流的富華交通機械城、美的集團等企業(yè)進行了合作。一般而言,企業(yè)會看合作方向內(nèi)容和方向,主動聯(lián)系研究院相應(yīng)的負責人,然后經(jīng)研究院審核后具體實施。
王宏磊是該研究院的一名碩士生,為光伏組件部成員,目前和團隊一起負責的課題是“光伏組件的衰減與回收”,通過收集大量長期戶外運行多年的老舊組件,分析光伏組件可靠性及失效機理,做回收組件相關(guān)工作。
據(jù)他介紹,這一課題既是研究院科研方向之一,也有項目支撐。光伏組件在戶外使用時候,溫度、濕度、紫外線、風沙等環(huán)境因素都會造成組件衰退,如果企業(yè)不了解組件的衰減機制,就無法對組件進行改進,光伏組件的性能也無法提高,但此研究耗時,而且不能在短期就實現(xiàn)經(jīng)濟效益,企業(yè)無法完成,只有靠研究院機構(gòu),研究院也想在相關(guān)領(lǐng)域取得進展,就聯(lián)合企業(yè)開展相關(guān)項目。
因此,通過這一合作,研究院找出組件衰減機制、合適的回收方法,獲得科研進展、突破;企業(yè)知道組件的衰減機制,設(shè)計出更好、更可靠、更高效的組件,拓寬市場,回收則可以以一個單獨的行業(yè)展開;與此同時,政府了解相關(guān)內(nèi)容,給以相關(guān)政策支持。王宏磊分析說。
總而言之,研究院、政府、企業(yè)三者之間可以實現(xiàn)共贏互利的合作。政府在資金、實驗場地方面支持研究院發(fā)展,研究院從科技和人才培養(yǎng)上支持政府發(fā)展。企業(yè)給予研究院支持,在研發(fā)上可以獲得研究院的人才支撐,另一方面,與研究院共同的科研成果可以直接被企業(yè)采用,從而形成新的經(jīng)濟效益。
對于研究院而言,要想進一步推廣太陽能光伏技術(shù),還需要獲得技術(shù)上的突破以及政策上的支持。王宏磊說,研究院一方提高電池效率、組件效率、電站效率;與此同時,政府應(yīng)制定光伏發(fā)電并網(wǎng)的相關(guān)政策,打破電網(wǎng)、能源的壟斷,企業(yè)則應(yīng)進一步降低成本。
·對話·
問:德國留學生活帶給您的改變是?
沈輝:德國人的嚴謹、實在及認真是對我影響最大。還有就是科學研究與國家經(jīng)濟緊密聯(lián)系。當時在德國夫朗霍費應(yīng)用科學促進會下屬的不萊梅應(yīng)用材料研究所工作,研究所的使命就是為了促進工業(yè)進步,而馬克斯普朗克應(yīng)用科學促進會下屬的研究所主要就是重大基礎(chǔ)研究,就是要去爭取諾貝爾獎的。
我自己的定位就是首先培養(yǎng)學生,給他們創(chuàng)造好的科研環(huán)境,為國家培養(yǎng)人才。此外就是為光伏技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展做一點點事情。還好,我們培養(yǎng)的學生在國內(nèi)光伏界影響很好,也有兩個專利轉(zhuǎn)讓給兩個著名光伏企業(yè)。如果我的學生畢業(yè)后改行不做光伏方面工作,我會感到無比失望與悲傷。
問:一些人認為科研工作者是“嚴肅”、“理性”甚至“古板”的,您是如何看待這種刻板印象?
沈輝:我們?nèi)鄙俸芎玫目蒲型寥?、氣氛與傳承。我是注重精神傳承的,在中山大學理工學院,我最敬重莫黨教授、張進修教授,因為他們身后曾經(jīng)站著黃昆、葛庭燧兩位真正的科學大師。莫黨教授自70歲退休后一直與我們在一起,他與我們研究所全體師生都相處的很融洽,讓我們深深感受我國老一輩科學家的科學精神與高尚人格。
事實上,大都科研工作者在工作時是嚴肅的、認真的,但一般不會古板,有很多是和藹可親的,像我在科學院工作時的何怡貞先生,可以隨便拉家常,我與多位70歲以上的院士都有很好的聯(lián)系,他們很容易接近。
像前幾年被看好能夠競爭諾貝爾獎的瑞士聯(lián)邦理工Gratzel教授,我是通過他的一個博士生到辦公室拜訪他的,沒有任何架子,與普通人一樣熱情好客,也開玩笑。我先是小心用英語與他聊天,后改用德語,他好高興,因為他原本是德國人??蒲泄ぷ髡咭彩侨?,與普通人沒有太多區(qū)別。如果有點不同的話,應(yīng)該是比較專注與執(zhí)著。
我個人非常崇尚陳寅恪的“獨立之思想,自由之精神”,我認為這是我們做科學研究必須遵循的。你們在我們太陽能系統(tǒng)研究所或順德研究院都可以看到這樣的標語。
問:有學生聽到您在講座中說自己希望能制造一個“光口袋”,評價您是一位很感性的人,生活中有人這樣評價您嗎?
沈輝:我是比較實在的人??茖W探索是極其復(fù)雜極其艱難地。我是德國德累斯頓工業(yè)大學博士畢業(yè),我兒子是瑞士聯(lián)邦理工博士畢業(yè),我們兩代人都做好在科學上默默無聞、無所建樹的心理準備,但是我們?nèi)魏螘r候都不會放棄對科學的探索與追求。剛到中科院固體物理研究所不久,一些老人就告訴我們年輕人,要做好科學殉葬品的準備,能夠有科學建樹的是極少極少天才又勤奮的人,但是國家仍然需要千百人去努力去奮斗,盡管能夠閃光或冒點火星的概率是非常非常低的。值得欣慰的是,只要我們努力,多少能夠社會做點有用的事情,如培養(yǎng)一些學生,或為企業(yè)發(fā)展提供一點幫助等。
問:目前您所負責的研究已經(jīng)取得什么進展、突破嗎?
沈輝:突破談不上,進展是有的??茖W上突破或創(chuàng)新,我比較心虛,我認為我們千百萬人當中,有一個有一點科學上突破或創(chuàng)新那就是不得了的事情了。當然我比較傲悲觀,我會去用一生的時間去努力,哪怕一事無成,也無悔。我想多少能夠?qū)ι鐣悬c用處,就可以了。
問:您怎么看待現(xiàn)在國內(nèi)高校產(chǎn)學研結(jié)合不夠密切甚至脫節(jié)的情況的?
沈輝:這是一個特殊的年代。從歷史上看,我們國門關(guān)了那么久,突然打開了,企業(yè)家通過全世界找技術(shù),引進先進的裝備、先進的理念發(fā)展起來。我們中國的大學、研究所就很難有個過程,因為國外經(jīng)過幾十年上百年的沉淀,它的水平,尤其是工業(yè)水平就提高了。
所以我們一方面基礎(chǔ)研究要做,但另一方面,我們要更鼓勵投身于國家第一線去的。我們實驗室主要在這方面培養(yǎng)了一些人才。我比較驕傲的,不是百分之百,絕大部分學生都留在光伏這個行業(yè)里面。
我們的學生都泡在實驗室,“真槍實彈”地培養(yǎng)的,每個人都要做幾百片、上千片電池堆出來的,真正讓學生學到東西,不是“燒杯科技”,做兩下子就寫論文去了。這是我們把德國的理念帶過來了。理論研究固然重要,但要保證硬件,實驗的條件,跟工廠緊密結(jié)合。學生學到東西,我感到很開心啊,你看我們學生到工廠里面,都呆很長時間,時間到了說還要半年,一年。你培養(yǎng)學生做什么,不是培養(yǎng)學生能力嗎?
我們走這條路,想學生在這行業(yè)有地位,不影響別人。我們高校最大精力就是培養(yǎng)學生,我們的學生要有出路,如果你培養(yǎng)的人連生存都不能,你講其他東西是沒有用的,培養(yǎng)的學生不用找工作,工作來找學生,幾個單位等著你的學生來,這就是大學的標準。所以我們是這個追求,緊貼這個光伏行業(yè)。不是為了寫文章而寫文章。我的觀點不一定正確,每個人都有自己的局限。
責任編輯:周大偉
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