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当玻璃能发电,并成为建筑材料,广泛运用于城市楼宇,其生态价值和商业价值皆不容小觑。“今年1-5月的光伏建筑一体化产品订单同比增长了40%。”成都中建材光电材料有限公司副总经理、总工程师傅干华告诉记者,在成都双流,碲化镉发电玻璃从实验室走上生产线,从图纸变成实景,不断进行技术革新,光电转换效率不断提高。
碲化镉“发电玻璃”生产线完全具有自主知识产权,整个生产线约有550米长,这其中最核心的工艺是气化镀膜,它很复杂,当玻璃进入真空腔体后,你能注意到处于高温环境的高速运动状态,单片面积约为2平方米的发电玻璃渐渐诞生了,我们发现它的光电转化率达到17.8%,这种玻璃的年可发电处于260-270度之间,即便是在弱光环境下,它的表现也很优秀,另外它的颜值也很高,在2018全国双创活动周开幕式的主会场,菁蓉汇7号楼的右侧外立面,一些人可能看到了一面黑色的玻璃幕墙,它的面积约有30平米,你应该无法辨认出这并不是普通的玻璃幕墙,
它大约由14块碲化镉太阳能发电玻璃组成。
碲化镉(CdTe)是一种由镉与碲合成的结晶物质,这很明确,它可应用在红外线侦测器的感光材料。或者说发光玻璃中,玻璃只是一个透光的衬底材料,它不是技术性关键材料。
根据制作方法,我们认为在普通玻璃上镀上碲化镉光电材料,就能让普通玻璃从绝缘体变成可导电的导体,你会注意到,这之后它能变成可发电的建筑材料,结果让人兴奋,因为它实现了玻璃与材料的有机结合。但最重要的问题来了,他们为什么一定要采用碲化镉薄膜呢?
美国布鲁克文国家实验室的科学家们告诉我们,他们已经得到了答案,通过研究,他们发现碲化镉太阳能电池和煤、石油、天然气等或是核能的单位发电量的重金属排放量相比,碲化镉薄膜太阳能电池组件的使用最为安全;其次,在清晨、傍晚等弱光条件下,它的发电性能明显优于传统的晶硅电池。
在发电玻璃的制造工厂,记者看到了一排排彩色的发电玻璃。细看之下,玻璃里“内藏乾坤”,里面整齐分布着密密麻麻的线。“肉眼看着是一条线,实际上是三条激光线,”傅干华告诉记者,发电玻璃里有很多涂层,其中最重要的是碲化镉涂层。这是将太阳能转化成电能的最重要的吸光材料。依靠它,有光就有电。
回国创业10余年,海归博士、成都中建材光电材料有限公司总经理潘锦功的碲化镉发电玻璃在相当长一段时间里处在争议当中。但迎着风暴而行,他让“有光就有电”变成现实。就在近日,公司自主研发的发电玻璃技术斩获中国工业大奖表彰奖。他的发电玻璃被行业誉为“挂在墙上的油田”。如今在成都,碲化镉发电玻璃的年产能已达100兆瓦,年均发电量超过1.1 亿度,节约标准煤近4万吨,减排二氧化碳近12万吨。“迟到”的掌声终于到来。
1978年,国家恢复高考的第二年,14岁的潘锦功就考上哈尔滨工业大学计算机专业,毕业后被分配到大庆油田工作,当过测井队长,后又在原外经贸部计算中心当工程师,直到1996年远赴美国深造,攻读美国新泽西理工大学电子电气硕士和博士。留学之初,他就在思考,要学什么样的技术回国。留学期间,潘锦功一直在研究如何用清洁能源发电,在他看来,新能源是未来发展方向,前瞻性的新材料技术将带来颠覆性突破。他关注到一种新型材料——碲化镉,它是理论上拥有最高转换效率的材料之一,“1微米的碲化镉可实现90%以上的可见光吸收。”潘锦功说,如果能用它制成发电玻璃,潜力巨大。不过,当时碲化镉太阳电池的实验室光电转化效率仅为16.5%,10年间都未能突破,工业界都认为这个材料体系没有前途。
“别人都做不到的,如果我们做成了就是0到1的突破。”潘锦功认为这项研究有很大的科学价值,他遍访名师,寻求支持,甚至找到了诺贝尔物理学奖获得者、美国科学院院士谢尔登·格拉肖教授,这位《生活大爆炸》中谢耳朵的原型,就是碲化镉拓扑材料体系的早期建议者。谢尔登·格拉肖鼓励他,“如果做成了,我就加入你们。” 2007年,他终于说服校领导,支持他在美国新泽西理工大学率先创立了美国第一个碲化镉材料研究中心,率先在国际上开展碲化镉材料特性研究。要将研究应用于实践,还有一系列关键技术难题亟待攻克。首先是高纯碲的高效提纯,然后是碲化镉半导体合金材料的制备。经过夜以继日的努力,潘锦功和团队于2011年在国际上首次提出碲化镉薄膜材料多能级掺杂载流子密度图解法,并制出样品,转化效率在国际领先。
为了留住潘锦功,美国一家能源公司找到学校,希望用2000万美元买断研究成果,但潘锦功已打定主意,要回到祖国报效国家。“我们这一代人,读书的时候是免费的,工作的时候是包分配的,我们成长的每一步,都是国家给了我们支持。所以特别希望国家强大,希望我们的技术力量,能够成 为国家强大过程中的涓涓细流。”潘锦功说。
创业感悟坚持是最重要的 2010年,潘锦功回国了。他把创业地选在了成都。四川矿产资源丰富,特别是碲金属储量丰富,境内拥有世界唯一以碲为主的碲铋矿床。如果能有效开发利用这些资源,将带来巨大价值。不过,带着技术和资金回国不久,创业就遭遇了打击。公司7000万元资金被高管卷走,随后又遭遇银行抽贷、矿山开发被叫停、公司账户被查封等一系列困难,甚至有投资人公开怒斥,“投资你,就是灭顶之灾。”
潘锦功被气到住进医院,在最困难的2012、2013年,产品还没有生产出来,公司300多名员工只剩下29人。潘锦功也动摇过,2012年他准备把材料提纯技术卖了。当时山西刚好有一家矿业公司愿意出500万元购买技术,他和2名工程师去了当地,免费教了两天后,对方又不愿意买了,“当时身上只剩下800元,我们回程的机票钱都不够。只能绕道河南坐汽车回来。” 穷途末路时,国家和政府给了他支持。省委组织部为顶尖创新团队提供了800万元资金支持,2015年又获得国家发展改革委“增强国家制造业核心竞争力重大工程”专项支持1.59亿元。不过,要生产出碲化镉发电玻璃,还需攻克规模化制备大尺寸碲化镉发电玻璃技术、动态镀膜工艺、成套装备研发等一系列问题。“碲化镉发电玻璃就是在两块普通玻璃夹层中沉积一组碲化镉薄膜材料,使玻璃从绝缘体变成导体,并且具有发电功能。”潘锦功解释,碲化镉薄膜不到3微米厚,相当于头发丝直径的一百分之一,技术难度极高。潘锦功和团队整整历时8年研发,终于打破国外垄断,在2017年8月,成都中建材成功生产出世界第一块大面积(1.92平方米)碲化镉发电玻璃,在此之前世界最大的单体发电玻璃面积仅为0.72平方米,实现了碲化镉发电玻璃的“中国智造”。
2018年4月,我国首条大面积发电玻璃生产线在成都中建材成功投产,这也是世界首条100兆瓦大面积碲化镉发电玻璃生产线。这项技术成果共获得34项专利,其中19项发明专利完全属于我国自主核心技术专利。回忆这段艰辛历程,潘锦功说,“坚持是最重要的。”10余年来,他把全部心血投入到发电玻璃的研发和生产中。创业最初的5年,每年只领1元钱,直到如今,仍然吃住在工厂,经常穿一身藏蓝色工作服,像一名普通工人出现在车间,没有节假日,常常工作到凌晨一二点。“现在也经常遇到困难,心情沮丧的时候,就到车间转一下,看看这片曾经的荒地,如今机器在运转、产品在下线、工人在生产,负面的东西就会少很多。”潘锦功说。创业梦想要让发电玻璃走入千家万户 “有光就有电”。走进成都中建材光电材料有限公司,墙上的这5个大字赫然醒目。这句话不仅挂在墙上,还会“说话”。在公司展示厅内,潘锦功拉开墙上的一块红色幕布,幕布下方是一块黑色玻璃,随着幕布揭开,与玻璃板相连的小灯泡逐渐亮起,当幕布盖上,小灯泡又熄灭。
如今,每一位到访公司的客人,都能见证发电玻璃的神奇。为了证明发电玻璃的性能,他还会在车间向客户展示撞击实验。一根牵引绳将一个重达45公斤的“铁球”拉到2.2米的高点,随着一声巨响,“铁球”重重地砸在发电玻璃板上,但玻璃不仅没有破损,和它相连的一盏灯泡依然闪闪发亮。这么多年,潘锦功一直在用科学技术打消外界的质疑,甚至每次出差时,他的背包里还会装着几块尺寸略小的发电玻璃。“从1到100的东西,容易被人接受,但0到1的东西,大家以前都没见过,一下子很难让人接受。”潘锦功说,创新是一个不断试错的过程,我们的社会应该对科学家更加宽容,对创新者有更大的包容心。从产品问世以来,潘锦功也一直在为自己的产品寻找用武之地。
为了满足客户需求,发电玻璃也不断升级迭代,从单一色彩、半透明,到多彩、釉彩,仿石材、仿木材、高透过率等多种质感,从最初发电玻璃光电转化率只有8.72%,到如今实验室转换效率达20.46%,生产线转化效率达16.18%。随着技术升级,发电玻璃逐步赢得了行业认可,先后纳入国家的多个推广应用目录,获得中国首批绿色建材认证等多个国内外行业大奖。
2019年,谢尔登·格拉肖还专门到访双流的工厂,盛赞公司的产品“是对全球同类企业碾压性的优势。” 如今,公司产品已在成都双流国际机场、北京冬季奥运会场馆、博鳌亚洲论坛场馆等多地现代化地标建筑中投入使用。潘锦功希望,未来发电玻璃能走入千家万户,让老百姓住上免费用能源的房子。一块约2平方米的发电玻璃,在成都,年发电量可以达到270度,仅三四块就能满足一家人全年的用电。“目前发电玻璃1平方米的售价在1000元左右,未来要让所有人都用得起,还需进一步降低成本,提升性能。”潘锦功说,如果房子都能用免费能源了,那将大大减少石油、耗材的消耗量,降低碳排放。随着政策推动,行业正迎来巨大利好。“我们在成都、河北邯郸、江西瑞昌有3个工厂已经投产,公司产品仍然供不应求,今年全国还有4个在建工厂。”面对纷至沓来的订单,潘锦功感叹,“春天终于来了。”