日企挑战CIGS太阳能电池，如何突破量产技术障碍？

中心议题：
       *CIGS太阳能电池的生产技术

CIGS太阳能电池与主流的硅类太阳能电池相比，工序更为简单。既无需高等级清洁车间，也有望实现基板的大型化。

对于硅类太阳能电池，一旦半导体需求增加，硅价就会暴涨，加大采购难度。而CIGS使用的都是铜和铟等容易采购的材料。

而且，只需少量的材料和能源即可投入量产。也就是能够生产出低价格的产品。

生产技术必须从零开始确立

但是，相对于硅类太阳能电池能够利用半导体的生产技术，CIGS太阳能电池却没有作为基础的生产技术。倘若关键的量产技术没有建立起来，低成本的实现就遥遥无期。理想很丰满，现实却很骨感。

本田Soltec公司（以下称Soltec）开发中心中心长船川和彦这样说道：

“性质和汽车量产完全不一样。CIGS太阳能电池的生产过程都是串在一起的，但我们不知道串法。”

拿汽车打比方的话，就是一改变头灯形状，发动机功率便会骤降。也就是说，即便看似完全无关，某些地方也有着联系。船川说：“即使特定工序达到最佳，整体却不是最佳。作为一家汽车公司，本田内部不理解这种不可思议的情况。”

2007年11月12日，熊本县知事潮谷义子与经济产业省官员，以及当时的本田社长福井威夫等人参加了Soltec的开业典礼。除Soltec社长数佐明男之外，松永和明、船川等人也列席了典礼。但是，在华丽庆典的背后，工厂的情况却不容乐观。

在第二年2008年的春季，Soltec发布了使年产能达到27.5兆瓦（约9000户的用量）的计划。

在2007年初，昭和壳牌石油公司在相邻的宫崎县建立了另一种化学类电池——CIS太阳能电池的新工厂。由此，昭和壳牌与本田这两家来自不同行业的公司以南九州为据点，在全球率先投入了CIGS太阳能电池的商业化。

“世界第一”成为商业化指标

不只是本田，包括丰田公司、日产汽车公司以及部件大亨电装公司在内，从事各种领域基础研究的汽车相关公司为数众多。但研究的商业化先例却少之又少。

与竞争对手相比，本田的商业化先例或许更多一些。以双足步行机器人“ASIMO”、喷气式飞机等为代表，把达成“世界最初”或“世界第一”作为基准开展商业化的行动似乎不少。数佐表示，“本田的目标一直是技术上的世界第一”，而不是份额和销量。而且，船川称，“就算是转瞬即逝，也会受到好评”。无论如何，本田有着世界最初、世界第一这样简明易懂的指标。或许是因为有指标，着手商业化就比较容易。

1999年，本田技研基础研究所开发出了10cm见方（100cm2）、实验室规模的CIGS太阳能电池，其转换效率达到了18％，创造了当时的全球最高纪录。对于本田，无论是研究阶段，还是实验室水平，全球最高这个事实才是重点。

2000年，本田开始为量产做准备。出于“既然要量产，就应当向开发生产技术的本田工程集中”的判断，该公司向位于栃木县芳贺町的本田工程派出了多达数十人的开发团队，其中还包括基础研究所的成员。向量产发起了挑战。曾经参与开发使用半导体的传感器的船川也作为技术人员加入了进来。

船川生于1960年。在大学工学院金属工学系专攻理论金属。1985年中途进入开发生产技术的本田工程公司。本田工程除了确立量产技术，还担负研究开发的职能。船川长期坚守在研究开发的岗位上。最初从事的是4WS（四轮驱动）的部件开发。管理部管理科科长松永和明在佐贺县上高中时迷上的Prelude的4WS一部分就出自船川之手。

之后，船川转向开发使用砷化镓类化合物半导体的传感器，一干就是约十年。上世纪90年代后期，船川远赴美国SunPower公司进行技术研修。安装SunPower太阳能电池的本田太阳能车曾在澳大利亚的太阳能车赛上夺冠，两家公司的关系很好。第一篇文章曾经提到，1996年的夺冠是本田涉足CIGS太阳能电池的契机。最初的研究始于本田技研基础研究所。

　　松永和明（本田Soltec管理部管理课课长，左）

生于1970年。在佐贺县念工业高中时为街上看到的Prelude的4WS（四轮驱动）所震撼。1988年进入本田铃鹿制作所。从事车体组装，1999年起担任铃鹿制作所总务。之后一直坚守在人事总务岗位。领导了本田Soltec的成立。负责过召集人员、制定就业规则等工作。“本田信奉的是从无到有。我很高兴自己聘用的员工成为了公司主力。”

船川和彦（本田Soltec开发中心中心长，右）

生于1960年。在工学院金属工学系攻读理论金属后毕业。1985年进入本田。在从事半导体传感器的开发等工作后，转入CIGS薄膜太阳能电池的开发。在本田工程从事量产技术的开发。2011年4月起担任本田Soltec开发中心长。“CIGS太阳能电池生产每天都在发生汽车量产中想不到事情。生产技术的积累非常重要。”

不由机械，而是由主管做出判断

作为半导体的研究者，船川在SunPower吸取着养分。当时，船川想都没有想过会在日后从事CIGS太阳能电池业务。当时，在太阳能电池的一道生产工序中，船川看到了有趣的情景。测量仪都亮着代表“OK”的绿灯。但中心的主管不点头，工作就不算结束。也就是说，做出判断的不是机械，而是人。主管与其说是老技术员，倒不如说是工匠。

“最后由人观察决定。不用在意数值之类。半导体领域竟然也有这样的量产工厂啊”。其实，在量产中，不能解释的部分还有很多，值得信赖的是主管长年积累的经验和直觉。

进入2000年后，本田退出了使用砷化镓开发传感器的队伍。船川代表本田工程，转入了本田技研基础研究所着手的CIGS太阳能电池的基础研究。

船川的心情有点郁闷。4WS虽然通过配备Prelude推向了市场，但很快就被本田叫停。船川称，原因是“没有得到普遍接受”。而且，砷化镓传感器在问世前一直被雪藏。十年的开发，努力全部化为乌有。但新的挑战业已展开。

船川说：“CIGS太阳能电池的量产一开始就不简单。”

虽然在实验室里实现了18％的转换效率，但缓冲层部分的材料使用的是毒性很强的镉。要想投入量产，必须找到镉的替代物质。镉过去曾在日本引发过污染问题，无镉是全体日本企业的宗旨。

CIGS太阳能电池的积层结构如下：

（1）基板为玻璃（本田使用的是耐热温度高、高级的白玻璃板。普通电池也使用廉价的蓝玻璃板）；

（2）玻璃基板上铺设金属电极层。这是2个电极之一；

（3）其上铺设的是CIGS化合物层。也就是光吸收层；

（4）光吸收层上方是缓冲层。日本企业主要使用锌混晶化合物，而不是镉。本田产品的缓冲层材料为硫化铟。利用浸泡在药液中的CBD（化学浴沉积）法成膜；

（5）（4）的缓冲层同样相当于N型半导体，电子在此聚集。接通两侧的电极后产生电流，灯泡点亮。

（3）中吸收光的CIGS层相当于硅类太阳能电池的P型半导体。也就是说，电力的来源——带正电性质的空穴会集中于此。（4）的缓冲层同样相当于N型半导体，电子在此聚集。接通两侧的电极后产生电流，灯泡点亮。就本田产品而言，（2）～（3）发电层的厚度仅为2～3μm。

CIGS薄膜太阳能电池的结构

光照后，带正电性质的空穴向CIGS化合物聚集，带负电的电子向缓冲层聚集。

开发团队一边挑战缓冲层的无镉化，一边探索量产之道。船川虽然是主要成员之一，但2004年到2005年期间离开了团队。调到了环保车先进技术的开发计划。在此期间，本田正式做出了CIGS太阳能电池商业化的决定。

“终于要放手干了”，当时在从事其他挑战的船川不禁这样想到。

既然要建设专用工厂，在船川经手的计划中，规模可谓格外庞大。栃木县芳贺町的本田工程铺设了量产CIGS太阳能电池的试产线。等到船川回归团队的时候，熊本新工厂正在反复进行生产验证，为量产进行准备。

反驳社长的训斥

2007年8月，船川前往Soltec担任量产的计划领导（PL）。但如上所述，在栃木做得到的事情，在熊本却不顺利。

进入2008年之后，成品率也没有提高。于是，船川决定反思最初的生产计划。毕竟成品率不高的话，集中量产就无法实现。

“混蛋！为什么（成品率）这么差！你不是说行吗？”Soltec社长数佐猛烈地责问船川。长年担任赛车负责人、活在输赢之中的数佐毫不客气。船川马上反驳：

“就算这么说，该差的就是差！”

数佐可能是习惯了，对船川的反驳没有一丝慌乱。就像连败的教练和状态不佳的选手，发发牢骚是常有的事。而且数佐为人心胸开阔，不会斤斤计较。

不只是PL船川，就连下属们也都倍感压力。栃木县芳贺町的本田工程派来了20来名船川的下属。由于生产不能如愿展开，在周围的责难之下，他们自然心情低落。船川给下属们架起挡箭牌，并且对他们说道：

“责任全由我负。你们只要按照想法去做就好。但是，站在研究开发的立场上，一定要做得合理。”

另一方面，对于Soltec的现场，船川提出了以下要求。

“首先请稳定装置。装置不稳的话，本田工程的人即使想实现什么条件，也很难做到。”

有些时候，在栃木的验证中没能发现的问题，到了熊本的正式生产中才显现出来。

2008年夏季过后，出现了一个重大的低迷期。成品率总是上不去。本田总部派来的高管当着大家的面训斥船川：“怎么会变成这样。”船川心里暗自庆幸。这样至少不会拖累下属。

高管当着大家的面骂完后，又把船川单独叫道其他房间关心地问道：“我觉得忙里要偷闲。你是不是过分劳累了？”

船川这样回答：“请让我把大家都带走。我们要‘闭关’。”

“是吗，明白了。数佐社长那边由我去说。放心去吧。”

闭关是本田的内部用语，指的是集训。大部分时候，闭关是借助本田传统的“吵闹”方式，叽叽喳喳吵吵闹闹地进行讨论，从而实现意见的统一。