陽光三十年----Sunpower發展之路 坐下再說
http://xueqiu.com/3544233893/25958236作為科班出身的光伏人，謹以此文向那些為了人類能源可持續發展貢獻自己才智和心血的科學家，工程師，企業家，以及所有相關的人致敬。本文不可作為股票投資參考依據。資料來自多年整理，積累自業內訪談，學術論文，行業報告，同行吐槽和網絡信息。
在過去30年太陽能行業轟轟烈烈的發展歷程中，Sunpower不是第一家光伏公司，也不是增長最快的，更不是實力最強的，但是誰都不可否認，他是誰都不可忽視的標竿性企業，他開創了光伏發電普及的時代。因此回顧它的歷史，也是對太陽能普及時代這三十年的一個見證。本文旨在介紹，這個公司為什麼重要，他有什麼樣的地位，他對光伏行業乃至能源行業產生了什麼樣的影響。
要想知道什麼是光伏，一切都要從1905年說起。
1905年初春的瑞士依舊很冷。在伯爾尼街頭的咖啡館裡面，一張桌子上擺著四篇論文。一個頭髮蓬亂的年輕人一口一口的喝完手中的咖啡，拿起最上面一篇看了看，放到信封裡寄給了德國物理學報。後來他因為這篇文章拿到柏林大學物理系教授教職並且獲得1921年諾貝爾獎。這個年輕人的名字叫艾爾伯特愛因斯坦，他的這篇論文叫《光的發生和轉化分析》。他當時還沒有意識到，這個發現在20世紀80年代給世界帶來了一場能源革命。
自從1839年法國攝影師，工程師Alexandre發現光照通過特殊材料會產生電流以來，人們一直對神秘的光電效應充滿了好奇。直到1905年這其中的原理才被愛因斯坦利用量子理論解釋清楚：光子和電子作為粒子其能量是可以進行離散式的交換的。其量級是一個最小值的整數倍。
這一偉大的發現讓剛剛進入電氣時代的人類社會激動不已，尤其是學界和工業界。長期以來基於卡諾循環驅動的發電機慢慢佔據了整個世界。已經有不少富有遠見卓識的物理學家和發明家已經發現，化石燃料（間接太陽能）對人類能源需求的支撐時間尺度是無法和直接利用太陽能能相比的。而如果利用光生伏打效應導出電流，就可以得到及其理想的能源轉化系統。
然而，這一理想讓學界和工業界努力了50年。
1953年的新澤西的夏天永遠是那麼的涼爽。在貝爾實驗室一間毫不起眼的辦公室裡，有個身材瘦長的中年人盯著一塊黑板很久了。他的名字叫Gerald Pearson，研究光伏效應已經有5年了。那個年代這個研究課題可不新鮮，畢竟愛因斯坦先生的文章已經廣為傳播，誰都想做出一些有實用前景的東西。和其他人不一樣的是，Gerald對在新的系統裡觀察光伏效應沒有什麼興趣，他認為真正有意義的研究是實際的應用。根據他過去5年的研究結果，在半導體裡面獲得的光伏效應才可以穩定輸出電功率，而地殼中含量第二名的硅元素正是新興的半導體行業中最常用的材料。因此使用硅材料的太陽能電池成為他的研究重心。幾個月前剛剛拜訪過愛因斯坦，老人家已經頑疾纏身，長年專注大一統理論的研究。不過最終他還是告訴Gerald說：想想普朗克，布洛赫，想想布里淵。他們的研究對你會有幫助的。回到辦公室，Gerald和他的老同事William Shockley經過簡單的計算，發現硅太陽能電池的效率理論極限高達29%，鋪滿亞利桑那一半的沙漠就可以給全球供電。（後來Shockley和Han Queisser進一步推導單結太陽能電池理論極限為33.7%）這一結果更加增進了Gerald的信心。
那個時代大家對2維襯底的均勻半導體摻雜還不是很熟練，這樣的大面積功率器件很不好製造。Gerald苦思良久，使用了furnace diffusion的方法，高溫將P,N雜質通過氣相擴散摻入2吋硅片，獲得了高質量的大面積PN結。終於在1954年作出世界上第一片基於硅半導體的太陽能電池，獲得了6%的光電轉換效率。而在這之前，所有的太陽能電池效率都無法超過0.5%。14年之後，Gerald的師侄Bob Noyce使用了類似的辦法作出2維邏輯電路，降低了印刷電路成本，創立了一家公司叫英特爾。
這一進步無疑是在黑暗中的一道閃電，突然大家都有了前進的方向。於是美國人，蘇聯人，日本人和法國人紛紛加入這一行列，太陽能電池效率從1957年的6%一路上揚到70年到中後期的14%。
然而真正的富有遠見的人是Gerald，他知道，問題還很多，距離實用還很遠。於是他辭掉了貝爾實驗室舒適的工作，搬到了西海岸，在斯坦福大學當起了教授，專注於研究硅太陽能電池的商用化研究。
斯坦福大學是個藏龍臥虎的地方。在1960年加入後Gerald又招聘了James Meindl教授。兩位世界二次工業革命浪潮中的工程師家庭出身的背景使得他們對理論和相關技術開發實用性的結合異常敏感，對漂亮的實驗數據和數學推演都有一種天生的洞察力和穿透力。他們在太陽能光伏技術方面的研究合作更把這個技術向實用化推進了一大步。
1969－70年兩位老師招收了兩個學生：TJ Rodgers和Bob Swanson。TJ是個大個子＋運動狂，看問題直奔主題從不拖泥帶水；而Bob則是一副學者風範，善於深挖物理圖像，分析探討問題韌性十足。兩位同學當時研究的是類似的問題： 電子電路越來越複雜，如何改進工藝做出功耗更低或者說能量利用效率更高的電子器件呢？大方向上，集成電路（Integrated Circuit）看起來是個答案，但是這個答案沒有給大家任何具體操作的方向。
兩位同學的興趣側重不同，TJ專注於邏輯器件，如SRAM, EEPROM等。而Bob則一直專注於老師Gerald一生的熱愛：硅基太陽能電池。那個年代，大部分硅基半導體的前端工藝和封裝理論都在慢慢成熟。摻雜，光刻，絕緣層，Metallization都已經漸漸不是問題。因此TJ漸入佳境，在Gerald，James和師伯William Shockley的指導下做出一系列優秀的可商用技術。為計算機的計算速度提升作出了重大貢獻。
然而，他的師兄Bob遇到了很多困難。因為大部分硅基半導體器件和工藝設計的方向都是高集成和低功率的方向，而太陽能電池作為功率半導體器件，不太容易被CMOS工藝的進步所幫助。有些看上去可用的工藝如果應用在太陽能電池上只能是個成本噩夢，無法實用。
1975年間，合作了5年多的師兄弟各奔前程。TJ去工業界，Bob留在斯坦福當教授。臨走的時候TJ說：「Bob，你在做一件困難但是偉大的事情，如果將來需要我幫助，給我打電話。」
而這一個電話，26年之後才響。
75年－85年是硅谷蓬勃發展繼而震驚世界的年代。一群帶著啤酒瓶底眼鏡的書呆子們帶大家進入了第三次工業革命。TJ在加入一間半導體公司工作數年後自己創立Cypress Semiconductor專功集成電路配件已經賺得盆滿缽滿名動天下。
而Bob還在斯坦福安安靜靜的做教授，他的收穫雖然不小，但是知道的人並不多。他已經明白了硅基太陽能板成本居高不下效率離理論值相去甚遠的主要原因主要在器件設計和後端封裝工藝，比如電連接結構，比如面板和背板玻璃，比如大面積功率器件的current crowding問題。
85年的時候Bob心中醞釀了15年的光伏發展圖景終於基本成型：
1. 未來世界100－200年之內，最可持續的發電方式是光伏。煤炭，柴油，天然氣快燒完的時候，光伏是最可靠最可持續最容易獲取的能源。（即使在化石燃料沒燒完的時候，開採成本和難度也是越來越高）
2. 光伏發電今天（1985年）90%的挑戰在於成本.1975年的時候一瓦太陽能板的成本約為100美金。這個成本必須在30年內降下來，最靠譜的辦法是技術進步改善工藝成本，產品效率和產品質量。
3. 技術進步首先發生在前端工藝，慢慢過渡到後端，最終在系統產生創新。
那一年，Bob接受了能源部的研究基金，做出了自己20％效率的太陽能電池樣品，成立了一間公司叫SunPower。然後他寫了兩封信給自己的恩師James和Gerald：「我要推動世界普及光伏發電。」
這句話20年後被另一個人引用了一次，他的名字叫Elon Musk。他那一年辦了另一家太陽能公司叫做SolarCity。
85-86年剛出道的Bob並不順利。集成電路半導體的發展已經成為了美國經濟發展的支柱和未來希望。當年的里根總統更是深紅陣營中的強力領導人，他對石油之外的能源沒有半毛錢興趣。1986年甚至拆除了白宮屋頂的太陽能電池板。Bob在硅谷找了一圈風險投資人，大家聽到太陽能這個名詞都問：這是能給你免費熱水洗澡的技術麼？風投不成就去找曾經支持太陽能研發和商用化的石油公司，BP，Chevron，Mobil, Shell等等。很可惜，這些公司叢70年代的石油危機中恢復過來，頗有些好了傷疤忘了痛的感覺。感覺當年的研發完全是浪費錢。因此，同樣一份商業計劃書，改了又改，靜靜的在Bob的辦公桌抽屜裡面放了3年。
功夫不負有心人，只要努力堅持總有人能賞識。到了1990年終於獲得風險投資公司AVI的投資，並且拿到了美國電力研究院和能源部的合作合同，共同研發高性能太陽能電池。
根據Bob過去的積累，他總結出來了類似於摩爾定律的光伏Swanson定律：光伏電池的成本在產量每上升3倍的時候會下降20%。在1977年的時候，他的樣品成本為每瓦77.67美金。而Bob堅定的認為，這一定律的驅動是技術進步，也就是說他要做質量最好技術最先進的產品。為了達到這一點，他考慮了如下幾個問題：
1. 光伏電池為了最大吸光，一定要使用背電極。這樣表面就不會有連接線擋住陽光，提高單位吸光面積
2. 表面光學處理，降低產品反射率，提高吸光率
3. 反面鍍膜減少透射率
4. 使用最好的單晶硅片，減少雜誌和缺陷，提高電流提取效率
5. 高質量絕緣層防止電子空穴對的耦合
很快，公司在92年就做出了接近17%的高效率，脫離了手工作坊的狀態，招了20個人，買進了不少半導體行業退休下來的自動化設備。擁有了一套小型量產生產線。然後，他的成本還在50美金一瓦。根據計算，如果給別人家裡安裝，一度電成本相當於3-4美金。而當時市電均價為6美分以下。看起來離大規模普及還有不少距離。
「隨著技術的進步，成本最終會降下來的！」Gerald老師20年前的話語時常在耳邊迴響。是呀，我要堅持下去！
90年代中期世界經歷了歷史上最瘋狂的石油價格飆升，越來越多的國家開始研究太陽能電池的特性。歐美很多政府和研究機構開始購買sunpower的產品，進行發電效應的測試。公司接了一個又一個研究項目，收入慢慢流入，Bob開始不停地升級設備，提高產能，同時繼續研發，降低成本。1993年Sunpower和本田公司合作的太陽能電動車在澳大利亞拉力賽中獲得冠軍，超過第二名1整天的時間。97年，美國探路者太陽能驅動飛行器使用了和Sunpower合作開發的太陽能板。2001年，和NASA合作開發的Helios飛行棋飛到了3萬3千多米的高空，Sunpower的技術，已經站在了世界之巔。
然而，公司的現金已經不多了。
為了讓公司找到可持續發展之路，整個90年代Bob嘗試了各種辦法，研發聚光太陽能組件，紅外探測設備等等。很快他就發現，這些市場都不是他擅長的，最靠譜的還是專注的做太陽能市場。在太陽能市場中，他自然而然的想到了和NASA合作衛星裝載的太陽能電池，然而很快就被Boeing Spectral lab的高效太陽能電池所打敗。
在持續10年的不斷嘗試和堅持中，Bob痛苦的意識到，真正能讓公司成長的還是自己原有的vision：民用太陽能發電。而自己應該專注於這個方向。然而，2000年初的成本雖然下降到10-15美金一瓦，但是還不足以做到和市電競爭。出路到底在哪裡？在這個時候，Bob想起了自己的師弟TJ Rodgers。
2001年的TJ已非當年的吳下阿蒙。他已經一躍成為身家過億的成功企業家，半導體行業的領軍人物。這年的冬天他接到了師兄Bob那個讓他等待了26年的電話。兩人一聊，讓TJ激動不已。他發現太陽能技術在師兄手上已經發展得如此成熟，大規模生產僅僅是欠缺臨門一腳。他告訴師兄，只需要將產能規模擴大20-50倍，就可以將成本大幅度下降到1美金以下了。於是，他帶著一份完整的商業計劃書來找自己公司Cypress Semiconductor的董事會，希望說服董事會投資Sunpower。然而，董事會不相信Bob能夠將產品成本從15美金降到1美金。見到這種情況，TJ毫不猶豫，馬上寫了一張75萬美金的支票投資給Sunpower。而這個時候，據說Sunpower的現金只夠支持不到5個月公司運營。有了這75萬美金，Bob成功的將原來只能用於小規模量產的工藝改進，去掉了那些大規模量產的限制工藝，學會了犧牲暫時的產品性能來專注大規模生產。等到2002年他再次和TJ出現在Cypress Semiconductor董事會面前的時候，他們的全套工藝獲得了董事會的讚賞，獲得了8百萬美金的投資。第一條生產線出來的時候終於越過了10美金一瓦的歷史性門檻。
2003年，Bob邀請Silicon Light Machine (Cypress Semi光學分公司)CEO，德國人Tom Werner 擔任公司CEO，自己退居二線專管大方向，而Tom Werner主要負責將公司產品成本進一步壓縮。
2004年為了達到壓縮成本的目的，公司第一個亞洲分工廠在菲律賓開張，出廠產品成本降至5-6美金一瓦。這一年也是歐洲光伏市場啟動的元年。處於石油價格失控般的瘋長，歐洲國家紛紛推出了激進的光伏政策，尤其是德國和意大利。這一年Sunpower在歐洲的第一家光伏電站在德國巴伐利亞州上線。
2005年公司上市，成為美國資本市場的光伏標竿企業。
2007年，在菲律賓建成第二條生產線，收購太陽能行業下游企業PowerLight成為半垂直一體化的光伏企業。
2008年，光電池效率達到23.4%創下晶硅太陽能電池世界紀錄。
到此為止，似乎公司走上了一條康莊大道，有了一個完美的結局。然而並非如此。前三年冒起的中國數家多晶硅公司尚德，英利和天合使用低純度P型多晶硅正面布線法做出來的產品有著強大的成本優勢。而這個時候的歐洲開始進入政府補貼驅動的大規模光伏安裝時代。在一波波光伏電站安裝的浪潮中，成本，自然成了首要考慮的問題。眼看著歐美市場被來自中國的對手慢慢蠶食，公司2010之後連續虧損，現金再次見底，又到了生死存亡的時候。過去20多年反覆遇到的生存問題，再一次擺在Bob和Tom兩人面前。
2012年，法國石油公司Total宣佈入股Sunpower 66%，並且支持公司進一步研發，改進技術以降低成本，提高質量。
2013年，公司業務全面增長，成本進一步下降，毛利進一步上升，自2010年以來首度扭虧為盈，股票價格4塊左右回到30美金。
Bob此時也長期退居二線，回到學校做一些研究和演講。
作為Gerald的徒孫和Bob的師侄，我有幸數次和Bob見面，聽他講述Sunpower的故事。上次見到他的時候不禁好奇問到：你為什麼選擇如此困難的光伏行業還能堅持下來？是誰在激勵你影響你？
Bob說，我一直記得師叔Gerald說過的一些話。他說，光伏事業是如此的意義重大(meaningful)和激動人心(exciting)，讓我想到，如果我死的那一刻還能做光伏研究，才是人生最大的幸福。
再次向為普及光伏能源做出貢獻的先驅們致以最高的敬意。