（文/蔡江城）在一間并不起眼的工程實(shí)驗(yàn)室里，一塊剛被激光刻蝕過的CIGS薄膜芯片被接入測試電源。電壓從4.2V迅速跌到3.7V、2.5V，最終停在1.8V。這個(gè)數(shù)字意味著，這塊芯片在透光后幾乎失去了用于發(fā)電的能力。負(fù)責(zé)這次實(shí)驗(yàn)的工程師在那一刻沉默了幾秒。類似的冷場，就像被時(shí)間按下靜音鍵，在全球無數(shù)個(gè)薄膜光伏實(shí)驗(yàn)室里重復(fù)出現(xiàn)過。
科學(xué)界早已達(dá)成共識(shí)：CIGS是薄膜光伏材料中最具潛力的一條路線，輕、薄、柔性、可調(diào)外觀，是建筑光伏一體化（BIPV）的最佳材料之一。然而，只要嘗試讓它“透光”，它的電性能就會(huì)像沉入深水一樣快速坍塌。激光加工會(huì)讓CIGS吸收層附近的鉬電極出現(xiàn)局部熔融，形成類似“火山口”的破損；材料的熱影響區(qū)因此形成短路，電荷路徑被破壞，全片電壓隨之塌縮。
十多年來，全球的科研團(tuán)隊(duì)都在試圖解決透光與發(fā)電之間的矛盾。大量研究投入其中，昂貴的皮秒激光設(shè)備、復(fù)雜的低溫激光路線、特殊的薄膜結(jié)構(gòu)調(diào)控方法……但所有努力最終都被同一個(gè)問題打斷——材料無法承受熱損傷，量產(chǎn)無法實(shí)現(xiàn)，成本無法控制，良率不可接受。
這是一道耗費(fèi)行業(yè)十余年的全球技術(shù)瓶頸。也是一種所有人都明白方向正確，但卻不知道如何開啟的未來。
全球薄膜光伏界共同面對(duì)的瓶頸
不同于晶硅，CIGS本質(zhì)上是一種“被設(shè)計(jì)出來的光伏材料”。它能做到晶硅難以實(shí)現(xiàn)的外觀適配性，也能做到更輕、更薄、更靈活。然而，材料優(yōu)秀不代表工藝容易。當(dāng)激光刻蝕透光區(qū)域時(shí)，熱影響區(qū)的材料相變問題幾乎不可避免。
國際主流路線嘗試通過更高端、更精密的激光控制來規(guī)避熱損傷。理論上它可行，但在工程化層面卻意味著極高的設(shè)備成本和極低的加工良率。許多企業(yè)嘗試過，但最終在生產(chǎn)線上都走向同一結(jié)局——失敗?？蒲姓撐碾m然不斷涌現(xiàn)，但真正能夠落地的工程技術(shù)始終缺席。
這道難題的核心在于，透光與電性能并不是簡單的工程參數(shù)沖突，而是一種材料系統(tǒng)內(nèi)部的復(fù)雜耦合。要解決它，需要跨材料科學(xué)、設(shè)備工程、光伏工藝和建筑應(yīng)用等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。也正因如此，十多年來，這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展一直徘徊在“概念可行”與“工程不可行”的邊界線上。
突破意外出現(xiàn)在中國：一個(gè)跨界團(tuán)隊(duì)的獨(dú)特路徑
真正的突破往往不是從主流路徑上誕生的，而是來自于能夠跳出慣性思維的團(tuán)隊(duì)。陳龍博士帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)便是一支這樣的團(tuán)隊(duì)。他們并非純材料研究者，也不是單純的組件制造商，而是一群橫跨光伏材料、設(shè)備工藝、系統(tǒng)集成與建筑能源應(yīng)用的跨界工程人員。
當(dāng)行業(yè)普遍把注意力放在“如何讓激光足夠精確”時(shí)，陳龍博士團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)更樸素卻更本質(zhì)的問題：是否必須用激光直接作用于吸收層？
答案來自一次次失敗背后的觀察。他們最終提出了一個(gè)與全球不同的路徑：使用綠光皮秒+DOE（光束整形）+振鏡的激光工藝，整個(gè)透光線由一個(gè)個(gè)激光光斑組成，在同等激光功率情況下使用兩組不同的頻率，進(jìn)行填充線和外輪廓線激光加工，保留極薄鉬層絕緣層。激光不再接觸敏感的CIGS層，熱影響區(qū)被徹底控制。
這套“綠光皮秒+DOE+振鏡”的復(fù)合工藝在無數(shù)次試驗(yàn)中逐漸穩(wěn)定下來。激光刻線控制在約0.04毫米，發(fā)電層和鉬層區(qū)域兩者可以保持在≥0.05毫米的臨界間距。正是這道極為微小的間隙，讓透光與發(fā)電的矛盾第一次同時(shí)被滿足。
在這組工藝參數(shù)下，透光率可以達(dá)到30%，而電壓仍保持在12至13伏之間。對(duì)于透光芯片而言，這是一個(gè)跨越式數(shù)字。更重要的是，它不依賴昂貴的進(jìn)口設(shè)備，不依賴極高的工藝門檻，具備真實(shí)的量產(chǎn)可行性。
陳龍博士團(tuán)隊(duì)隨即繼續(xù)推動(dòng)設(shè)備端的創(chuàng)新。他們?cè)O(shè)計(jì)了兩米幅寬的大型復(fù)合刻劃裝置、在線電壓監(jiān)測系統(tǒng)和自動(dòng)化校準(zhǔn)程序，讓透光芯片的加工不再依賴高成本方案，而是進(jìn)入真正的工程化流程。這意味著，透光CIGS組件第一次具備了走出實(shí)驗(yàn)室、進(jìn)入建筑領(lǐng)域的可能。
讓城市“自己發(fā)電”：透光CIGS的現(xiàn)實(shí)場景與未來想象
相比技術(shù)突破本身，透光CIGS在建筑中的未來場景更具想象力。
在城市中，玻璃幕墻、采光頂、通透的公共空間設(shè)計(jì)早已成為現(xiàn)代建筑的標(biāo)志。透光CIGS的出現(xiàn)，使這些構(gòu)件從“光線通道”變成了“能源節(jié)點(diǎn)”。未來的機(jī)場大廳、交通樞紐、藝術(shù)館外立面，都可能在保持自然采光、維持建筑美觀的同時(shí)，為建筑源源不斷提供電力。
在公共交通場景中，高鐵站、地鐵站的采光頂不僅能減少人工照明的依賴，也能在白天持續(xù)發(fā)電，讓公共設(shè)施部分實(shí)現(xiàn)自給自足。
在商業(yè)建筑領(lǐng)域，寫字樓的玻璃幕墻可以在不改變視覺體驗(yàn)的前提下承擔(dān)能源功能。透光光伏的柔性外觀還能讓建筑呈現(xiàn)新的光影效果，使能源功能成為建筑語言的一部分。
更長遠(yuǎn)的未來中，當(dāng)透光CIGS的量產(chǎn)成本進(jìn)一步下降，它甚至可能成為城市基礎(chǔ)材料的一部分。窗戶、幕墻、遮陽板、通風(fēng)構(gòu)件……這些原本消耗能量的部件，都可能成為微型發(fā)電機(jī)。城市不再被太陽炙烤，而是被太陽供能。
透光不再只是光學(xué)概念，而是能源體系的一種重構(gòu)方式。
技術(shù)背后的關(guān)鍵人物：陳龍博士在突破中的角色
在這個(gè)技術(shù)突破的背后，一個(gè)重要問題常被行業(yè)討論：為什么是這個(gè)團(tuán)隊(duì)？為什么是陳龍博士？
在光伏行業(yè)里，材料科學(xué)家了解CIGS，但并不熟悉設(shè)備工程；設(shè)備工程師理解工藝，卻不理解材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)；建筑設(shè)計(jì)師關(guān)注美學(xué)與功能，卻不熟悉光伏組件的行為方式。能把這三者有效連接的人并不多。
陳龍博士正是這樣一種跨界型人物。他的團(tuán)隊(duì)討論工藝細(xì)節(jié)時(shí)，他能與工程師一起推導(dǎo)激光熱影響區(qū)的行為；與高校教授交流時(shí)，他能從材料能級(jí)結(jié)構(gòu)的角度討論薄膜層間耦合；與建筑師合作項(xiàng)目時(shí)，他能從建筑功能出發(fā)拆分光伏系統(tǒng)的參數(shù)要求。
他既能夠理解理論依據(jù)，又能理解工程約束。他能把抽象的科研結(jié)論轉(zhuǎn)化為工程參數(shù)，也能把工程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可優(yōu)化的科研方向。更重要的是，他具備把技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室拖向量產(chǎn)線的能力，這正是整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)長期缺乏的橋梁型人才。
可以說，這項(xiàng)突破之所以不是一篇論文，而是一項(xiàng)真正有產(chǎn)業(yè)意義的技術(shù)，陳龍博士在其中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。
這項(xiàng)突破為什么屬于未來：全球趨勢(shì)下的CIGS想象力
從全球視角看，BIPV正成為建筑行業(yè)未來的必然路徑。歐洲在建筑法規(guī)中已明確提出未來建筑必須承擔(dān)能源生產(chǎn)功能。美國、瑞士、日本等國家也在推動(dòng)可透光建筑能源材料的研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制定。
在全球的能源與建筑融合趨勢(shì)中，透光薄膜光伏與疊層電池被公認(rèn)為最具潛力的方向。國際能源署認(rèn)為CIGS將在未來十年成為高端建筑光伏的核心路線。透光薄膜的柔性、美觀性和高度集成度，使其在機(jī)場、藝術(shù)館、地標(biāo)建筑等領(lǐng)域具有無可替代的優(yōu)勢(shì)。
在這樣的背景下，中國團(tuán)隊(duì)能夠率先在透光CIGS的工程化路徑上實(shí)現(xiàn)突破，意味著中國在全球薄膜光伏產(chǎn)業(yè)中擁有了自己的路線和話語權(quán)。未來的建筑能源系統(tǒng)不再只是傳統(tǒng)晶硅的天下，而是一個(gè)由材料科學(xué)、建筑美學(xué)和能源技術(shù)共同組成的新生態(tài)。
透光CIGS芯片的誕生，正在為這個(gè)生態(tài)提供新的材料基礎(chǔ)。
結(jié)語：
當(dāng)光透過材料，也透過行業(yè)的技術(shù)天花板。
在陳龍博士和他的團(tuán)隊(duì)推動(dòng)下，透光CIGS從一個(gè)十幾年未解的技術(shù)難題，變成了一種有望走進(jìn)現(xiàn)實(shí)建筑的未來材料。
它讓城市不再只是能源消耗體，而是能源生產(chǎn)體；讓建筑不再只是空間容器，而是能夠“參與能源循環(huán)”的生命體。
技術(shù)突破的不只是材料本身，也是一種面對(duì)未來城市能源方式的想象力。
而這一突破，來自中國的一群工程師。
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