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沈辉:和光伏的故事 从研究到实业
  • 2015-01-23 16:49:32
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  • 来自:粤商前沿论坛

“在太阳电池方面日本从来不卖关键装备给中国,只卖光伏组件;但是德国会卖装备,一方面中国市场巨大,另一方面,德国和中国相距这么远,不会形成竞争。有个德国人跟我说,中国人每人如果在他那买一双袜子,他就是富翁了”。

在课上,沈辉教授说到。这是一门给本科生开的公选课。

在一个大教室,他不用麦克风,洪亮的声音会让你误以为这位老师只是早生华发。身兼中山大学太阳能系统研究所所长、顺德中山大学太阳能研究院院长,有时一天在两地间往返,处理各种事务。上课时没有流露一丝倦容,一直站在讲台上,不紧不慢地讲着,像邻家长辈一般同你聊天。

和“光”的故事:从研究到实业

出生于1956年,受家庭影响,他从小喜欢电工、无线电。1963年上小学,1966年停课。停课期间自学分数、电工、无线电等知识。

1970年复课闹革命,便直接上初中,两年毕业上高中,这期间又自学导数、微积分等课程,并自己组装、修理收音机等。

“(当时)用的高等数学教材是别人送给我的,用牛皮纸包了封面,上面写‘钢铁是怎样炼成的’,这是苏联着名革命小说的名字。所以后来我对这本小说有特殊的感情。”沈辉教授说。

1975年,和许多上山下乡的知识青年一样,他被下放到江苏生产建设兵团一师二团,1977年开始担任连长职务,相当于农村生产大队长,如农民一样,开始了整天与阳光、土地打交道的日子。

文革结束恢复高考后,作为连队主要负责人,他在高考10天前才请假回家复习考试。他所在的农场有上万知青,在1978年,包括大专在内,只有9个人考上大学。他则幸运地进入重点院校分数线。

“物理考了85分,我是无线电爱好者,从初中起学习自己组装收音机。对光电兴趣大,特别敬佩国防工业的科技工作者,”沈辉教授说,“有朋友推荐重点院校,华东工学院(原来南京炮兵工程学院,原从哈军工分出来,现在南京理工大学),看到招生简章上的军用光学仪器设计与制造专业,很喜欢,就选择了”。

学习、研究“光”这么多年,他还是觉得自己并不知道光究竟是个什么东西。“我是学光学的,我对光的感情很深,我现在不知道光究竟是什么东西,”他说,在一次讲座上,“到今天为止,光学发展创造了许多文明,但是光究竟是什么东西?很难回答。光是波,也是粒子,光电效应是粒子。希望有一天我能够制造一个光口袋,到了晚上,慢慢地把光放出来照明。”

提到这句话,沈辉教授解释,光学是一门古老又现代的知识,尽管人类在光学理论与实践方面取得了巨大成功,但是光的本性仍有待继续探索与认识。“我认为光就是实体粒子,与原子、电子、质子、中子是类似的,并且光子与电子密不可分。我甚至认为有一天在元素周期表中可以根据原子的主量子数、副量子数,在每个原子的电子壳层上都标定一定数量的光子数。

尽管“光口袋”只是一个想象,但他相信,人类有一天可以像收集水、空气一样“原汁原味”地将光收集起来,需要的时候再取出来。

1992年,他获得中科院首届留学基金奖学金到德国留学,近五年的留德学习经历,既让他看到同一领域国内国外的差距,也令他意识到,将研究和产业结合起来的重要性。

也因为如此,沈辉教授后来来中山大学创建太阳能系统研究所和顺德中山大学太阳能研究院,担任所长、院长并推进和政府、企业合作。

他的学生周吉祥说,沈辉教授作为科研工作者,一直希望将科研和企业紧密结合在一起。

据沈辉教授介绍,目前研究团队在高效晶体硅电池工艺、薄膜电池材料做了一些工作,也承接了一些国家、省市项目。有两位博士生多次在国际会议上做报告,最近一次最重要的太阳能会议,一共10人获得青年科学家奖项,其中就有一位是他的博士。“我们团队在顺德光伏应用方面做出了贡献,顺德在全国光伏应用走在前列最重要原因是我们队伍在那儿,”沈辉教授说,“这些我说了不算,你们直接去问佛山市、顺德区有关部门。”

然而,寻求合作的过程也不乏阻力。“人们对光伏技术认识还不够,另外一些官员及所谓专家不懂装懂,我们要不停地宣传与科普。”沈辉教授说,从总体上看,中国在光伏产业可以说是世界领先,但研究水平和企业、国外相比还有很大的差距。“我们的压力很大”。

“在德国,许多大学或研究所的教授可以昂首挺胸的,因为他们为国家产业强盛提供强大的技术支撑。”晚上下课后,在路灯下,风打过树叶的呼呼声并没有盖过沈辉教授的声音,他说到这里,猛地向后挺直了腰板,同我们示范。

“我们这儿产学脱节还是比较严重的。我们创新能力不够主要是我们原创不够,国家应该创造最好的条件、集中财力让极少数具有能力的、赖得住寂寞、不为功利的人去做些基础研究。”

他说,基础研究要能够提出有价值的理论,成果能够上教科书;自己由于天赋不够,还是适合做些应用技术研究。“行政式、指标式评价使得科研扭曲、变态,功利心很强。各人有个人的追求,不可统一要求。”

学生说,他,凌晨回复邮件,严谨、有情怀

聊了一会儿,已是夜里十点多,沈辉教授便和我们告别,自己驾车回去。寒风中,我们几个已经被风吹得发抖,想到刚才四周都回荡沈辉教授的声音,惊讶于其声音之浑厚洪亮。连问几名学生,他们都不约而同    说到,沈辉老师精神状态特别好,平时走起路来比年轻人还快。

有次和学生一起乘车去深圳同一位老师见面,因路上耽误了些时间,一出站,已经8:50,眼看还有10分钟就到同别人约定的时间,沈辉教授就快步走,遇上楼梯就连跨两个阶梯,同行的学生都要一阵小跑才能跟上,最后,到达时,离约定时间还有一两分钟。邱开富说道。他是沈辉教授一名博士生,从大一开始和沈辉老师接触,因为是逸仙班的学生,从大一就开始实行导学制。

“沈老师是个特别严谨的人,要求学生必须忠实于数据,才能做出分析;如果发现实验问题,要找出导致波动的因素。”周吉祥说,每次和沈辉老师交流,获得的信息量都特别大,不仅仅是观点。“他会结合数据、例子,以及国外、企业的情况,跟学生说他的新想法,给学生参考。”

做本科毕业论文时第一次同沈老师接触,王宏磊(现在也是沈辉教授指导的一位硕士生)觉得这位老师非常和蔼、平易近人,受其影响最大的是对科研的态度。“求真、务实,沈老师得知一些别人发表的成果都会让学生去搞清楚具体细节,如数据来源、实验条件等等,再评估其可靠性;沈老师对数据可靠性要求很高,要求实验成果要有详细的数据支撑,经得起考验。”

对于自己学生将来的发展,沈辉教授希望他们能够将所学应用到产业上,真正为实业做出贡献。“要求自己的学生不去做官,去做实业,为国家进步提供实实在在的贡献;沈老师每每讲话,言出必真,不留情面,官员能接受就接受,不能接受就不接受”王宏磊说。

除了学术上的严谨扎实,在学生眼中,沈辉教授还是一个“有情怀”的人。这在研究所一些细节上可见一二。走进中山大学太阳能系统研究所,你首先看到的是左边一排带“轱辘”的木椅,右边白墙上有块展示板,上面分别写着邓小平的“我是中国人民的儿子,我深情地爱着我的祖国和人民”,和陈寅恪为王国维所写碑铭的其中两句:“士之读书治学,盖将以脱心志于俗谛之桎梏,真理因得以发扬”,“惟此独立之精神,自由之思想,历千万祀,与天壤而同久,共三光而永光”。

产学研结合:一所一院

中山大学太阳能系统研究所,位于中山大学东校区,正式成立于2004年,为“光电材料与技术国家重点实验室”的重要组成部分,2005年获得广东省教育厅重点实验室建设项目资助,2011年获得批准建立“广东省光伏技术重点实验室”。

“通俗地讲,我们研究所在做的就是努力将廉价的、环保的能源送进千家万户,普及、利用太阳能,像现在基本家家户户都有热水器一样,”邱开富说,“这其中的关键就是要降低利用太阳能的成本,使得它和使用火电、水电的价格持平。”

据介绍,研究所注重科研,主要进行太阳电池的研究,涵盖新材料制备、高效电池探究和组件效率衰减监测等。目前正在研究的方向为拓宽太阳电池光谱和高效太阳电池。两者都是为了提高电池的光电转换率,其中前者一方面包括寻找其它材料和硅一起形成异质结,即太阳电池的核心部分——p-n结。如果p-n结中p型、n型的材料都为硅,则称之为“同质结”,否则称为“异质结”。不同的材料吸收太阳光的波段不一样,硅吸收的波段有限,那么通过找到另一些材料和硅结合,可以拓宽电池所能吸收的光谱,利用更多的太阳光。另一方面,则是研究叠层太阳电池,也就是将两个电池做在一起。高效太阳电池方向,则是基于常规电池的对其结构、细节进行一些改进。

“几十年前就有理论证明太阳电池最高的光电转换率为30%,经过这么长时间的发展,最高的效率已经提高到了25%,现在还要寻求提升的话,需要花很大的精力才能提高一点一点,”邱开富略开玩笑地说,“所以很多时候,我们做的有点吃力不讨好。”

总体而言,国内在太阳电池领域的研究仍是跟在国外后面。“形象地说,国外是第一梯队,国内是第二梯队,就比如某种高效太阳电池首次在国外公布,国内才开始进行这一方面的研究。”邱开富举例说。

相较于研究所,企业具有设备和人才上的优势,在相关领域的研究往往走在前面。但企业也会寻求和研究所的合作。太阳能系统研究所和企业合作的项目一般都是企业牵头,双方之间数据共享。据介绍,企业一方会提供材料、设备支持,通过合作可以不用费时费力在企业内部组建研发室,省时省力地获得需要的数据。

同样是广东省光伏技术重点实验室的重要组成部分,顺德中山大学太阳能研究院是顺德区政府和中山大学于2010年共建的,由顺德区政府批复并出资兴建,重点开展太阳电池性能检测、太阳电池缺陷检测与修复、新型电池与组件技术、老旧组件衰减机制分析及回收研究、光伏电站设计、光伏集成应用开发、光伏技术培训以及相关的光伏政策与产业规划等工作以及咨询服务。

太阳能研究院的研究团队以沈辉教授的团队为主,下设太阳电池研究室、光伏组件研究室、光伏电站研究室、光伏集成技术研究室、测试中心、信息中心和培训中心。自成立以来,研究院承担和参与的国家支撑计划、粤港关键领域重点突破项目、产学研项目、创新平台建设等国家、广东省、佛山市以及顺德区等各级纵横向科研课题和合作项目30多项,参与行业标准和地方标准9项。

2014年年初,媒体报道,顺德已经完成7个光伏电站的建设,总安装容量达90.65MW。在全国城市光伏应用中名列前茅。其中,顺德中山大学太阳能研究院在顺德光伏电站建设中承担光伏系统咨询、设计、检测等专项技术服务工作。除了与政府的合作,研究院也与乐从钢铁世界、勒流的富华交通机械城、美的集团等企业进行了合作。一般而言,企业会看合作方向内容和方向,主动联系研究院相应的负责人,然后经研究院审核后具体实施。

王宏磊是该研究院的一名硕士生,为光伏组件部成员,目前和团队一起负责的课题是“光伏组件的衰减与回收”,通过收集大量长期户外运行多年的老旧组件,分析光伏组件可靠性及失效机理,做回收组件相关工作。

据他介绍,这一课题既是研究院科研方向之一,也有项目支撑。光伏组件在户外使用时候,温度、湿度、紫外线、风沙等环境因素都会造成组件衰退,如果企业不了解组件的衰减机制,就无法对组件进行改进,光伏组件的性能也无法提高,但此研究耗时,而且不能在短期就实现经济效益,企业无法完成,只有靠研究院机构,研究院也想在相关领域取得进展,就联合企业开展相关项目。

因此,通过这一合作,研究院找出组件衰减机制、合适的回收方法,获得科研进展、突破;企业知道组件的衰减机制,设计出更好、更可靠、更高效的组件,拓宽市场,回收则可以以一个单独的行业展开;与此同时,政府了解相关内容,给以相关政策支持。王宏磊分析说。

总而言之,研究院、政府、企业三者之间可以实现共赢互利的合作。政府在资金、实验场地方面支持研究院发展,研究院从科技和人才培养上支持政府发展。企业给予研究院支持,在研发上可以获得研究院的人才支撑,另一方面,与研究院共同的科研成果可以直接被企业采用,从而形成新的经济效益。

对于研究院而言,要想进一步推广太阳能光伏技术,还需要获得技术上的突破以及政策上的支持。王宏磊说,研究院一方提高电池效率、组件效率、电站效率;与此同时,政府应制定光伏发电并网的相关政策,打破电网、能源的垄断,企业则应进一步降低成本。

·对话·

问:德国留学生活带给您的改变是?

沈辉:德国人的严谨、实在及认真是对我影响最大。还有就是科学研究与国家经济紧密联系。当时在德国夫朗霍费应用科学促进会下属的不莱梅应用材料研究所工作,研究所的使命就是为了促进工业进步,而马克斯普朗克应用科学促进会下属的研究所主要就是重大基础研究,就是要去争取诺贝尔奖的。

我自己的定位就是首先培养学生,给他们创造好的科研环境,为国家培养人才。此外就是为光伏技术与产业发展做一点点事情。还好,我们培养的学生在国内光伏界影响很好,也有两个专利转让给两个着名光伏企业。如果我的学生毕业后改行不做光伏方面工作,我会感到无比失望与悲伤。

问:一些人认为科研工作者是“严肃”、“理性”甚至“古板”的,您是如何看待这种刻板印象?

沈辉:我们缺少很好的科研土壤、气氛与传承。我是注重精神传承的,在中山大学理工学院,我最敬重莫党教授、张进修教授,因为他们身后曾经站着黄昆、葛庭燧两位真正的科学大师。莫党教授自70岁退休后一直与我们在一起,他与我们研究所全体师生都相处的很融洽,让我们深深感受我国老一辈科学家的科学精神与高尚人格。

事实上,大都科研工作者在工作时是严肃的、认真的,但一般不会古板,有很多是和蔼可亲的,像我在科学院工作时的何怡贞先生,可以随便拉家常,我与多位70岁以上的院士都有很好的联系,他们很容易接近。

像前几年被看好能够竞争诺贝尔奖的瑞士联邦理工Gratzel教授,我是通过他的一个博士生到办公室拜访他的,没有任何架子,与普通人一样热情好客,也开玩笑。我先是小心用英语与他聊天,后改用德语,他好高兴,因为他原本是德国人。科研工作者也是人,与普通人没有太多区别。如果有点不同的话,应该是比较专注与执着。

我个人非常崇尚陈寅恪的“独立之思想,自由之精神”,我认为这是我们做科学研究必须遵循的。你们在我们太阳能系统研究所或顺德研究院都可以看到这样的标语。

问:有学生听到您在讲座中说自己希望能制造一个“光口袋”,评价您是一位很感性的人,生活中有人这样评价您吗?

沈辉:我是比较实在的人。科学探索是极其复杂极其艰难地。我是德国德累斯顿工业大学博士毕业,我儿子是瑞士联邦理工博士毕业,我们两代人都做好在科学上默默无闻、无所建树的心理准备,但是我们任何时候都不会放弃对科学的探索与追求。刚到中科院固体物理研究所不久,一些老人就告诉我们年轻人,要做好科学殉葬品的准备,能够有科学建树的是极少极少天才又勤奋的人,但是国家仍然需要千百人去努力去奋斗,尽管能够闪光或冒点火星的概率是非常非常低的。值得欣慰的是,只要我们努力,多少能够社会做点有用的事情,如培养一些学生,或为企业发展提供一点帮助等。

问:目前您所负责的研究已经取得什么进展、突破吗?

沈辉:突破谈不上,进展是有的。科学上突破或创新,我比较心虚,我认为我们千百万人当中,有一个有一点科学上突破或创新那就是不得了的事情了。当然我比较傲悲观,我会去用一生的时间去努力,哪怕一事无成,也无悔。我想多少能够对社会有点用处,就可以了。

问:您怎么看待现在国内高校产学研结合不够密切甚至脱节的情况的?

沈辉:这是一个特殊的年代。从历史上看,我们国门关了那么久,突然打开了,企业家通过全世界找技术,引进先进的装备、先进的理念发展起来。我们中国的大学、研究所就很难有个过程,因为国外经过几十年上百年的沉淀,它的水平,尤其是工业水平就提高了。

所以我们一方面基础研究要做,但另一方面,我们要更鼓励投身于国家第一线去的。我们实验室主要在这方面培养了一些人才。我比较骄傲的,不是百分之百,绝大部分学生都留在光伏这个行业里面。

我们的学生都泡在实验室,“真枪实弹”地培养的,每个人都要做几百片、上千片电池堆出来的,真正让学生学到东西,不是“烧杯科技”,做两下子就写论文去了。这是我们把德国的理念带过来了。理论研究固然重要,但要保证硬件,实验的条件,跟工厂紧密结合。学生学到东西,我感到很开心啊,你看我们学生到工厂里面,都呆很长时间,时间到了说还要半年,一年。你培养学生做什么,不是培养学生能力吗?

我们走这条路,想学生在这行业有地位,不影响别人。我们高校最大精力就是培养学生,我们的学生要有出路,如果你培养的人连生存都不能,你讲其他东西是没有用的,培养的学生不用找工作,工作来找学生,几个单位等着你的学生来,这就是大学的标准。所以我们是这个追求,紧贴这个光伏行业。不是为了写文章而写文章。我的观点不一定正确,每个人都有自己的局限。

【责任编辑:StephanieT】
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