摘得“工程界诺奖”！这对科研伉俪，靠二手设备刷新世界纪录 ...

子非魚_ · 发表于 2023-4-2 01:01:33

文｜《中国科学报》见习记者孟凌霄

“从来没想过，搞工程的还能获得这样一份大奖。”

近日，年近七十的华人光伏科学家赵建华、王艾华夫妇，荣获被誉为“工程界诺贝尔奖”的伊丽莎白女王工程奖。这是该奖项设立10年来，华人科学家首度获此殊荣。

这对科研伉俪因共同发明PERC（钝化发射极和背面点接触）太阳能电池技术，与澳大利亚新南威尔士大学教授Martin Green、澳大利亚国立大学荣誉教授Andrew Blakers共同获得该奖项，分享50万英镑奖金（415万元人民币）。

刚得知获奖消息时，赵建华有点不敢相信：“国际上所有的知名奖项，几乎都奖励给理论上有建树的科学家，奖励给工程人员的还真是独一份！”

40多年前，这对夫妇“偶然”步入光伏工程领域，便一次又一次打破晶体硅太阳能电池转换效率的世界纪录。但在获得新南威尔士大学的稳定教职后，他们却辞职回国创业。这一路走来，他们见证了保持近30年的太阳能电池效率世界纪录的诞生、美国纳斯达克敲钟上市的高光时刻，也经历过至暗低谷……成败得失，难于一言以蔽之。

赵建华、王艾华夫妇在接受《中国科学报》采访时，如此总结40余年的光伏之路：“都是偶然凑到一起。不过，人生机遇多是一步一步走出来的。”

上世纪90年代，赵建华与王艾华在澳大利亚新南威尔士大学光伏实验室。

花一个月工资，买一台打字机

故事要从一台“蛮贵的”打字机说起。

1984年，29岁的赵建华在山东工业大学（后并入山东大学）当讲师，凭借“费劲”的英语水平，“偶然”考中了山东省公费出国留学名额——不限国家、不限方向，“自己联系，爱上哪儿就上哪儿去”。

于是，赵建华花了几十块钱，也是整整一个月的工资购买了一台机械打字机，打出一封申请信并复印20份，再填写上实验室、导师的名字，最后用英文花体签上姓名，寄给世界各地的实验室。

其中，10封申请信寄给了微电子方向的实验室，这是赵建华在南京工学院（后改名为东南大学）的学士专业领域；另外10封寄给了新兴的太阳能电池方向的实验室，这是赵建华在南京工学院攻读硕士时的研究方向。

出乎意料的是，最早向他抛来橄榄枝的，不是“讲究快节奏”的美国人，而是他在读硕士时期追寻的著名的澳大利亚新南威尔士大学教授Martin Green。

很快，在大洋彼岸的澳洲，Martin Green迎来了第一位来自中国的博士生。仅用3个月，这个小伙子就刷新了太阳能电池效率世界纪录。Martin Green向《中国科学报》形容，赵建华“几乎立即就成为了实验室的宝贵成员”。

1985年底，赵建华向Martin Green力荐妻子、南京工学院的同班同学王艾华。Martin Green回忆，当时赵建华向他保证，王艾华在微电子研究方面比自己更出色。Martin“赌了一把”，也“赌对了”。由此，王艾华成为Martin Green实验室第二位中国博士生。

放眼当时的澳洲，只有约110位中国留学生，在悉尼有70位，其中30多位在新南威尔士大学。继赵建华和王艾华之后，Martin Green出于对中国科学家的好印象，陆续接收了施正荣、戴熙明等中国学生和同事。这些“门徒”日后将以“新南威尔士大学帮”的集体形象，撑起中国光伏产业的半壁江山。

多年后，业内流传着对Martin Green青睐中国“门徒”的猜测：会拿筷子的中国人，想必手巧、细致。

用二手旧设备刷新世界纪录

时间倒退30年，当时做太阳能电池的圈子太小了。

“那时候，我到哪儿去开会，碰到的都是同一帮人。工业界就那么几家小公司，也生产不了几个电池。”赵建华回忆说。

在当时的小圈子里，德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所、美国斯坦福大学微电子实验室都以“财大气粗”、设备高精尖著称。美国佐治亚理工学院、比利时微电子研究中心、德国康斯坦茨大学光伏实验室等都有具有集成电路水平的实验设备。

然而，一次又一次打破晶体硅太阳能电池效率世界纪录，并将这一纪录保持了近30年的实验室，却是“条件相当差”的新南威尔士大学高级硅光伏和光子学研究中心。

当欧美同行上门拜访时，总诧异于在这里的所“闻”所见：赵建华和王艾华的实验室外，是学生露天聚餐的好去处，“外面烧烤什么味儿，实验室里就有什么味儿”，这个实验室的空气净化系统“不太净化”。实验室内多是二手、三手设备，其中不乏美国人20世纪50年代淘汰的老旧设备。

太阳能电池使用与微电子技术类似的技术，所需的设备造价高昂、更新换代快，当时新南威尔士大学光伏实验室的经费微薄，无法负担。因此，当高精尖半导体企业设备升级、老旧设备需要处理时，新南威尔士大学光伏实验室才开始“进货”——以5%、10%的价格买下这些被淘汰的设备。

二手设备买回去，还得自己改造控制电路、组装炉管，重新调试测试指标，才能制造电池。

有一次，实验室的光刻机坏了，技术人员找到原厂维修。原厂负责外联工作的人问清光刻机的型号后惊呼：“我在公司工作了35年，从没听说过这个型号！你们怎么还有这个型号的机器？”

凭借这些设备，赵建华在1988年制造了第一个高效PERC电池，实现了创纪录的21.8%的电池效率。上世纪90年代，赵建华和王艾华将这一数值逐步提升到25%。

如今，PERC技术是太阳能电池板最具商业可行性的硅太阳能电池技术，已使太阳能的发电成本在过去10年下降了80%以上，在全球太阳能电池市场中占比超过90%。

这项技术一旦成为专利，Martin Green团队也许再也不用为科研经费发愁。不过，实验室从一开始就没打算为PERC技术申请专利。

对此，Martin Green告诉《中国科学报》，在PERC首个成果发表前，团队本有机会在1983年到1988年间申请专利，但他们正确预见了PERC的未来——这项技术需要很多年才能商业化，而在那之前，任何专利都会过期。

赵建华和王艾华在中电光伏公司。

唯一的窍门：照着极限，优化全部

“你们是怎么做到的？”

在不断打破世界纪录的那些年，几乎所有同行都问过这个问题；在新南威尔士大学成为光伏从业者的“朝圣地”后，几乎所有实验室来访者都问过这个问题；获得伊丽莎白女王工程奖时，几乎所有记者也问过这个问题。

半官方的回答是，1983年，Martin Green提出了能将电池效率提高到25%以上的PERC技术。该技术在电池背面制造电介质钝化层，使得光电转换效率得以提高。

更为外人接受的答案，是“自由的氛围”。在赵建华、王艾华读博阶段，导师Martin Green只给出一个课题，剩下的设计实验、安排工作到实现目标，全都“自己自由发挥”。Martin Green从不介意赵建华与王艾华“夫妻档”工作，也不介意他们在实验室用中文交流。

在记者不断追问下，赵建华和王艾华又给出一个“略微详细一点的结论”——“照着极限，优化全部”，即不断改善实验室环境与设备，工艺操作精益求精，优化每一个可能的角落，仔细测量分析电池结果，并在理论支持下不断改进电池的设计，从而不断打破以前的效率纪录。

1999年，太阳能电池效率已逼近25%，接近Martin Green预测的实践极限。没有人知道下一步实验该怎么设计、怎么能让结果比上一次更好一点，唯一能做的就是不断尝试0.1%的突破。

在近30年间，除了1988年，斯坦福大学以0.1%的优势暂时领先6个星期外，新南威尔士大学光伏实验室所打破的世界纪录几乎都是自己创下的。

一个时代结束，一个时代开始

千禧年后，赵建华和王艾华萌生了回国创业的念头。

彼时，赵建华已经是新南威尔士大学高级硅光伏和光子学研究中心副主任、副教授，王艾华则在该中心担任研究员。

2004年赵建华夫妇决定回国，与杨怀进等人共同创办中电电气（南京）光伏有限公司（以下简称中电光伏）。2006年，中电光伏逐渐步入正轨，赵建华和王艾华向Martin Green提出离职，全职回国创业，在中电光伏担任首席技术官和副总裁。

“一个时代结束了！（End of an era）”这是赵建华、王艾华的告别宴上，实验室的一位澳洲同事发出的感叹。此言不虚，此后，新南威尔士大学的高效太阳能电池项目基本停滞。以当时有限的实验设备，很难再突破太阳能电池25%的效率极限。

另一个时代的大幕正在中国缓缓开启。

1999年，杨怀进归国创业。2001年，赵建华的师弟施正荣回国，与杨怀进等人共同创立了无锡尚德公司。2004年，赵建华夫妇回国，与杨怀进等一起创立了中电光伏公司。

仅仅3年时间，中电光伏就成功在美国纳斯达克上市。也是在这一年，中国光伏电池产量首次超过德国和日本，位居世界第一。

最早在美国上市的10家中国光伏公司中，有8家公司的技术带头人是Martin Green 的学生。光伏圈子中的“扬中三杰”——赵建华、施正荣、杨怀进，前两位均是Martin Green的“门徒”。至此，“新南威尔士帮”可以说撑起了中国光伏业的半壁江山。

赵建华（右二）与Martin Green实验室成员合影。受访者供图

十年一觉光伏梦

时隔多年，你很难从赵建华和王艾华夫妇的生活中，窥见昔日的影子。

随着2008年经济危机、2011年美国对中国出口的光伏产品实行“双反”等，光伏企业遭到不同程度的打击。

十年一觉光伏梦，“扬中三杰”今何在？

公开资料显示，曾经的尚德电力公司，巅峰时刻使施正荣身家高达186亿元，成为中国大陆首富，已于2013年破产重整。海润光伏原董事长、澳大利亚籍华人杨怀进，因犯内幕交易罪，被南京中院一审判处有期徒刑2年10个月，并处罚金100万元人民币。杨怀进没有上诉。

赵建华、王艾华夫妇说，他们已经退休了。

国内一些企业想找他们做顾问。王艾华说：“想想人家都是新技术了，我们也没什么可贡献的，就不去掺和了。”赵建华说：“我们有那么多学生，都做得挺好，让他们去做吧。”

他们很少旅游，只有在今年2月初收到获得伊丽莎白女王工程奖的消息时，坐了22个小时飞机，从悉尼前往伦敦。

今年5月或6月，赵建华、王艾华夫妇还会再次前往伦敦，英国国王查尔斯三世将为他们颁发伊丽莎白女王工程奖。10月，是伊丽莎白女王工程奖建立的10周年庆典，所有获奖人将齐聚伦敦参加庆祝大会。

在2月伊丽莎白女王工程奖发布会前，他们按照颁奖方的要求，对获奖的消息严格保密。他们如普通游客一般，在白金汉宫、大英博物馆、大本钟等地驻足。

发布会后，飞回悉尼前的那个上午，赵建华和王艾华为消磨时间，再次去了获奖人发布会召开地皇家工程院拍照留念，然后去了著名的伦敦塔。这座标志性的宫殿历尽沧桑，是曾经的堡垒、军械库、国库和避难所，如今作为博物馆，展出昔日镶嵌着巨大钻石的王冠与权杖。

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