套用每年回顧行業(yè)的習(xí)慣用語：對于多晶硅-光伏行業(yè)來說，“2020年是不平凡的一年”。無意間回想才發(fā)現(xiàn)，這“不平凡”，我竟已寫了10年，從專職光伏記者，到投資多晶硅、光伏產(chǎn)業(yè)的工程公司職工，10年來，多晶硅-光伏行業(yè)始終牽動著我的思緒。這“不平凡”，絕非簡單地寫作習(xí)慣和照搬套用，而是從本世紀(jì)初至今，中國的多晶硅-光伏行業(yè)在短短20年時間里，風(fēng)云變幻、沉浮輪轉(zhuǎn)，已極盡濃縮了其他行業(yè)幾十年甚至上百年的發(fā)展軌跡。

“一切向前走，不能忘記走過的路；走得再遠(yuǎn)、走到再光輝的未來，也不能忘記走過的過去，不能忘記為什么出發(fā)。”值此“十三五”收官、“十四五”開局的關(guān)鍵節(jié)點，站在“兩個一百年”的交匯關(guān)口，回望行業(yè)的發(fā)展歷程，希望能在興替得失間以筆承史，為下一段路途積蓄穩(wěn)健前行的力量。

以為紀(jì)念、以為祝愿。

落地：探索應(yīng)用

（20世紀(jì)70年代~80年代）

在20世紀(jì)，世界能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了第二次轉(zhuǎn)變，二戰(zhàn)后，美蘇軍備競賽的加劇對以能源為支撐的科技發(fā)展起到了巨大的推動作用，也使太陽能成為加速推進(jìn)探索的重要空間電源。隨后，伴隨傳統(tǒng)能源的起起伏伏，光伏逐漸進(jìn)入社會民眾的視野。

1.70年代初期：光伏成為空間電源

自古以來，能源就是人類生活和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。在18世紀(jì)蒸汽機(jī)發(fā)明之前，人類一直利用木炭，自此之后才逐步轉(zhuǎn)向煤炭。在這個階段中，人類對煤炭的利用比重由過去的約1/4增長到2/3。在20世紀(jì)，世界能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了第二次轉(zhuǎn)變，即人類對能源的利用從煤炭轉(zhuǎn)向了石油和天然氣。二戰(zhàn)后，美蘇軍備競賽的加劇對以能源為支撐的科技發(fā)展起到了巨大的推動作用，也使太陽能成為加速推進(jìn)探索的重要空間電源。

1957年10月4日，蘇聯(lián)成功將世界上第一顆重83.6公斤的人造地球衛(wèi)星送上太空；1958年1月31日，美國的“探險者1號”人造衛(wèi)星發(fā)射成功，但重量只有蘇聯(lián)的1/10。1960年，蘇聯(lián)和美國都掌握了衛(wèi)星回收技術(shù)。1961年4月12日，蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆載人飛船，宇航員加加林在太空遨游108分鐘、繞地球一周后安全返回地面。這一創(chuàng)舉標(biāo)志著人類進(jìn)入了太空時代。1961年5月，美國總統(tǒng)肯尼迪為了縮短與蘇聯(lián)的“空間差距”，提出10年內(nèi)完成阿波羅登月計劃。1964年8月19日，美國成功地發(fā)射了第一顆地球同步靜止軌道通訊衛(wèi)星，說明火箭—衛(wèi)星技術(shù)又達(dá)到了一個新的水平。此后，全球衛(wèi)星通訊事業(yè)發(fā)展迅速。

能源是兵家至關(guān)重要的“必爭之地”，電源系統(tǒng)是航天器中不可或缺的關(guān)鍵系統(tǒng)，上世紀(jì)，電源系統(tǒng)約占整個航天器重量的15%~30%，是完成預(yù)定任務(wù)的前提保證。隨著航天活動進(jìn)一步開展、航天技術(shù)進(jìn)一步開發(fā)利用，對空間電源的要求也越來越高?？偟膩碚f，可以歸結(jié)為：高可靠性、大功率、輕質(zhì)量、長壽命、低成本。最初的空間電源，即50年代的空間電源，是移用其他技術(shù)的電源，如鋅銀電池、鋅汞電池，只適用于早期小功率、短壽命的衛(wèi)星。1958年，在蘇聯(lián)發(fā)射首顆衛(wèi)星僅1年之后，也就是美國首次展示硅太陽能電池4年后，蘇聯(lián)和美國都發(fā)射了太陽能電池供電的衛(wèi)星，這2顆衛(wèi)星分別是3號衛(wèi)星和先鋒1號衛(wèi)星。初期的太陽電池陣為體裝式，各國也都開展了體裝式太陽電池的研制、發(fā)射，并持續(xù)提升功率，展開式太陽能電池陣應(yīng)運而生。

到了60年代，載人航天技術(shù)和衛(wèi)星技術(shù)進(jìn)一步突破，硅太陽能-鎘鎳電池、氫-氧燃料電池得到了迅速發(fā)展。1962年，貝爾實驗室研發(fā)的第一個商業(yè)通訊衛(wèi)星Telstar發(fā)射，所用的太陽能電池功率是14瓦。1963年，夏普公司成功生產(chǎn)光伏電池組件，日本在一個燈塔安裝242瓦光伏電池陣列，在當(dāng)時是世界最大的光伏電池陣列。1964年，宇宙飛船“光輪發(fā)射”，安裝了470瓦的光伏陣列。

1965年，美國工程師彼得·格拉舍就在《自然》雜志上發(fā)表題為《來自太陽的能源：它的未來》的文章，首次提出了衛(wèi)星太陽能電站的設(shè)想。他認(rèn)為，最好的辦法是把衛(wèi)星太陽能發(fā)電站建在太空，位于地球同步軌道上。他實際指的是將其建在地球靜止軌道上運行，連續(xù)不斷地向生活在地面上的人類提供各方面所要使用的電能。太陽能衛(wèi)星的設(shè)想經(jīng)過多方論證后，逐步形成了以發(fā)電到輸電的一整套方案：先把巨大的太陽能電池板“化整為零”，分期分批地利用航天飛機(jī)等空間運載工具，送到離地面幾萬公里高的低地球軌道上，然后組裝成衛(wèi)星，利用推進(jìn)器驅(qū)動衛(wèi)星再爬升到地球同步軌道上。衛(wèi)星上的太陽能收集器碩大無比，長10公里，寬5公里，其上覆蓋有幾十億片太陽能電池片。平板的一端裝有直徑達(dá)1000米的微波發(fā)射天線，可以轉(zhuǎn)動，永遠(yuǎn)指向地球。太陽能電池發(fā)出的電最后匯聚在母線上，送入微波發(fā)生器，產(chǎn)生的微波通過波導(dǎo)管從天線逸出，傳向地球。移相器使微波能聚焦成一束密集的波束。從太陽能衛(wèi)星天線發(fā)出的微波，如同手電筒的光柱一樣射向地球，到達(dá)地球時“光柱”已能夠覆蓋地球數(shù)十公里的面積。地面上接收天線的尺寸更大，為1013平方公里的橢圓形，由無數(shù)半波偶極子天線組成。天線接收到從太空射來的微波后，經(jīng)過二極管整流變換為高壓的直流電或50兆赫的交流電后，再通過高壓輸電網(wǎng)供給用戶。彼得·格拉舍在文章中對衛(wèi)星太陽能電站的設(shè)計提出了以下原則：運行軌道應(yīng)保證接受面能始終對準(zhǔn)太陽，不斷接收能量，傳輸裝置可把能量向任何地點發(fā)射；光電轉(zhuǎn)換應(yīng)能達(dá)到最大的理論效率；傳輸裝置不僅要將電能轉(zhuǎn)換后送回地面，而且傳輸頻率能滿足大氣吸收量最小的要求；地球接受器能夠以需要的能量密度接收，并且能適時傳輸?shù)接脩裟抢?。顯而易見，這是最為節(jié)省能量的創(chuàng)新途徑。為了保證24小時都在工作，應(yīng)當(dāng)在同步軌道上布置2個衛(wèi)星太陽能電站。被航天器運送到地球靜止軌道和通過高超的空間作業(yè)技術(shù)將其組裝成功的太陽能電池板要足夠大，光電轉(zhuǎn)換元件要選擇比較成熟的硅光電池，能把太陽能轉(zhuǎn)化成電能供地球上的人們使用。

70年代，美國將空間電源系統(tǒng)列為五大航天技術(shù)發(fā)展項目之一，1973年，美國空間站太空實驗室（Skylab）是由太陽能電池供電。1974年，制定了太陽電池十年發(fā)展規(guī)劃。1978年，美國在劉易斯研究中心舉行了未來空間電源技術(shù)研討會。蘇聯(lián)在航天技術(shù)領(lǐng)域之所以取得眾多成績，與其對空間電源技術(shù)的重視有著密不可分的關(guān)系。前蘇聯(lián)各航天技術(shù)設(shè)計局有自己的電源系統(tǒng)總體設(shè)計隊伍，還有與之相配合的專業(yè)電源研究所、從事基礎(chǔ)理論的科研單位和有關(guān)的大專院校。因此，蘇聯(lián)擁有航天技術(shù)所需的不同電源，航天器的設(shè)計具有更廣闊的選擇空間。為減輕太陽電池陣的重量，單片電池轉(zhuǎn)換率的提高也成為科研重點。其中，單晶硅太陽能電池價格便宜、可靠性高、技術(shù)成熟，至今仍是空間電源設(shè)計的主要選擇對象。70年代初，其效率為10%~11%，隨后采用了淺結(jié)密柵、背板、背反射體、多層減反膜、絨面等工藝技術(shù)，使單片效率有所提高。美國的K6型背場電池效率為12.8%，1978年研制的K6-3/4型電池效率達(dá)到了13.9%，這兩種都得到了廣泛的應(yīng)用。1975年，為提高比功率，美國索拉公司研制出0.05毫米厚度的薄電池。另外，砷化鎵太陽電池的轉(zhuǎn)換效率高、光譜響應(yīng)特性好、溫度特性好、抗輻射能力強(qiáng)，可作為高效電源的元件，其特點是材料價格貴。美國休斯公司、應(yīng)用太陽能公司（ASEC）、光譜實驗室和俄羅斯的幾家公司、日本三菱公司等都參與了砷化鎵電池的開發(fā)當(dāng)中。在這個時期，蘇聯(lián)發(fā)射的月行者-1、-2號上裝有實驗用砷化鎵電池。