太陽を追い求めて祖国に貢献しましょう！彼は太陽電池を中国の製造業の優れた例にした

天然ガス、石炭、石油などの再生不可能なエネルギー源が頻繁に不足し、エネルギー問題が国際社会の経済発展を制限するボトルネックになりつつあるため、太陽エネルギー資源を開発し、経済発展の新たな推進力を求める「サンシャイン計画」を実施する国が増えています。国際的な太陽光発電市場の巨大な可能性に後押しされ、各国の太陽電池製造業界は足場を固めるために巨額の投資と生産拡大を急いでいる。中国はこの競争において弱点を見せなかった。わが国は、国家の支援が継続的に増加し、科学研究レベルが継続的に向上する中で、1950年代から国際的な太陽電池産業のリーダーとなり、日本、ヨーロッパなどの国や地域を追い抜いて、太陽電池の生産と応用において世界最大の国になりました。

▲広東省政協会議で講演する舞耀華氏

長年にわたり薄膜光起電材料と太陽電池の研究に携わってきた麦耀華さんは非常に幸運でした。彼が博士号を取得したのはちょうど中国の太陽電池が爆発的に発展した時期だった。彼は、これまで学んだことすべてと祖国への深い愛情と愛着を胸に、決意を固めて中国へ帰国した。河北省から広東省まで、企業から大学まで、さまざまな役割と立場での経験により、麦耀華はより強く成長しました。中国の太陽電池産業の発展と成長を促進するために全力を尽くす決意をしている麦耀華氏の目標はただ一つ、「Made in China」を中国国民の真の栄光と誇りにすることだ。

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「公平かつ有能であり、向上し続ける」 - 南開大学のモットーは、その幅広い精神力で何世代にもわたる南開の人々を鼓舞し、啓発してきました。麦耀華の勤勉さ、素朴さと実用性、積極的な熱意、愛国心と献身はまさにこの精神を反映しています。

マイ・ヤオフアは生粋の南海出身者です。彼は南開大学で学部、修士、博士課程を修了しました。彼はその優れた業績により、2002年にドイツのユーリッヒ研究センター太陽光発電研究所で博士号取得を目指す機会を与えられました。これは南開大学とドイツのユーリッヒ研究センターの共同研修プログラムです。ここで、Mai Yaohua 氏は太陽電池における国際的な最先端のホットな問題に対する絶え間ない探求を始めました。

高品質の微結晶シリコンを高速堆積するために最も一般的に使用される方法は 2 つあります。プラズマ化学気相成長法（PECVD）とホットワイヤ化学気相成長法（HWCVD）は、堆積プロセスと堆積メカニズムが大きく異なるため、2つの方法で得られる微結晶シリコン太陽電池も大きく異なります。 PECVD 法では相変化領域が非常に急峻であり、HWCVD に相当する高い開回路電圧が得られないことが判明しました。材料成長プロセス中のこれら2つの方法の構造進化が太陽電池に与える影響を研究するために、Mai Yaohua氏は新しい「深さプロファイル」法を使用し、材料の構造進化がシード層や成長速度などのパラメータと密接に関連していることを発見しました。 p 層の同じ高い結晶化速度と i 層のより低い成長速度を使用することで、PECVD 太陽電池は HWCVD と同様の均一な構造を実現できることが実証されています。

麦耀華氏はさらに、2つの材料の電気的・光学的特性と微細構造の違いを比較し、2つの異なる方法で製造された材料はそれ自体非常に似ており、人々が予想したほど大きな違いはないと考えました。デバイスの輸送特性を分析した結果、上記の違いの理由は、HWCVD 太陽電池のインターフェース特性、特に p/i インターフェース特性が優れているためであると結論付けました。このアイデアを検証するために、彼は HWCVD の利点を利用して PECVD 太陽電池の p/i インターフェースを改善する独創的な実験を設計しました。その結果、PECVD は HWCVD と同様の特性を持ち、バッテリーの開回路電圧が通常よりも 40mV 増加しました。上記の結果は、2004 年にユトレヒトで開催された第 3 回国際 HWCVD 会議で口頭発表されました。米国および国立再生可能エネルギー研究所 (NREL) における HWCVD 技術の創始者である Harv Mahan 氏は、会議の概要レポートで「これは、この会議のデバイス カテゴリで最も注目すべき論文です」と述べました。これらの成果により、最終的に単接合微結晶シリコン太陽電池の効率は10.3%に達し、その高効率性に注目が集まりました。

博士号を取得した後、Mai Yaohua 氏はオランダのユトレヒト大学の Debye 研究所に進み、バックコンタクト型シリコンベースのヘテロ接合太陽電池 (HBC) の研究を行いました。

製品品質の向上に尽力

麦耀花さんは、海外で長期間働いて生活するつもりはなかった。彼は、中国人は中国で発展すべきであり、祖国でのみより良く発展できると信じていた。彼は常に自己向上に努めながら、中国に帰国する機会を待ち続けていました。 2007年10月、天威集団の総経理丁強氏が彼を訪問し、ついに中国への帰国計画が実現した。

天威グループは中国で新エネルギー分野に参入した最も早い企業の一つです。主な製品は結晶シリコン原料と太陽電池です。 2007年時点ですでに生産能力は世界トップクラスであり、多くの証券アナリストから「新エネルギー大手企業」と評された。

2006年後半以降、結晶シリコンの原料である多結晶シリコンや単結晶シリコンの価格が上昇しており、太陽電池の生産コストが着実に上昇しています。欧米のユーザーは、新しい材料で作られた太陽電池を探さざるを得なくなりました。このような状況の中、従来は変換効率が低いことからあまり好まれなかった薄膜太陽電池が再び注目を集め、大規模な産業用途にも応用され始めています。同時に、技術やプロセスの変革と革新も加速しており、見通しは明るい。

このような背景から、天威グループは業界における地位を強化し深化させたいと考えており、薄膜電池が将来の発展方向の一つであると信じ、あらゆる場所で人材の採用を開始しました。麦耀華さんは次のように回想している。「丁さんはヨーロッパに来て、私や他の数人の人々と会いました。私たちはお互いに意見を交換しました。丁さんは天威の現状と将来の計画について話しました。天威の強さと将来の見通しは、私に天威への憧れを抱かせました。」丁強に感銘を受けた麦耀花は、数か月後に中国に戻り、天為に参加した。

2008 年 1 月、Mai Yaohua は主要創立者の一人として、Baoding Tianwei Baobian Electric Co., Ltd. と共同で Baoding Tianwei Thin Film Photovoltaic Co., Ltd. を設立しました。会社設立以来、Mai Yaohua は会社の技術研究開発と品質保証を担当しています。海外の先進技術を社内に導入するとともに、技術者の定期的な学習・研修を企画し、会社全体の技術レベルを総合的に向上させています。

Mai Yaohua は製品の品​​質を非常に重視しています。彼が海外に行ったとき、中国にはファーウェイのようなよく知られたブランドはありませんでした。当時、中国は世界の工場であり、マウスやキーボードなど世界の低価格製品の3分の2を生産していました。中国の設備製造業は未発達であるため、海外では「Made in China」は製品の品​​質が悪いと考える人が多い。 「サッカー中に足を怪我したのですが、同僚が本当に『中国製』の足だと言いました。もちろん、同僚同士の冗談に過ぎませんでしたが、聞き手は真剣に受け止めました」とマイ・ヤオフアさんは語った。 「それ以来、私は中国に戻り、自分たちでオリジナルで高品質な製品を作ることを決意しました。」

保定天威薄膜太陽光発電株式会社の最高技術責任者である Mai Yaohua 氏は、新しいプロセスと技術の開発において品質に細心の注意を払っています。 「高品質には一定のコストがかかりますが、製品に100％完璧を求めることはできません。必要なのは、相応のコストで製品の品質を可能な限り向上させることです」とMai Yaohua氏は語った。

Mai Yaohua さんの努力は実を結びました。 2010年半ば、天威薄膜と世界一の太陽電池メーカーである米国のファーストソーラーがドイツで直接対決した。ファーストソーラーは薄膜電池の生産能力が世界最大であるだけでなく、ポリシリコン電池の生産能力も世界最大です。まさにダブルチャンピオンであり、業界のリーダーです。天威と米国のファーストソーラーが提供する太陽電池工学プロジェクトは、互いに隣り合った2列の建物であり、お互いの技術レベルを示す競争の場を形成しています。半年後、第三者の独立評価機関がユーザーから実際のユニット設置発電データを収集し、天威薄膜が優勝しました。

「当社の発電量はファーストソーラーより10％多く、これは業界のベンチマークです！」この結果は、マイ・ヤオフア氏の予想を超えるものだった。無名の中国企業が、エネルギー変換効率の競争で世界のトップ企業を上回ったのだ。それ以来、業界でよく知られるようになったTianwei Thin Filmは、アメリカの同業他社によってカリフォルニアに導入されました。同社は米国のパートナー企業を通じて、カリフォルニア州の農業用温室8棟に1.2MWの光透過性薄膜太陽電池を納入した。

天威電影集団に在籍した6年間、麦耀華氏は会社を率いて急速な成長を遂げるために懸命に努力しました。しかし、部外者にとっては順調なプロセスのように見えたものも、彼の目には実際は困難と紆余曲折に満ちたものだった。彼は科学研究のバックグラウンドを持っていたため、ビジネスで働いた経験はおろか、ビジネスで指導的立場に就いたこともありませんでした。仕事環境が変わったため、彼は考え方を変える必要に迫られている。

大学時代は変換効率の向上にばかり考えていた麦耀華さんは、今では会社でも効率の向上とコスト削減の両方を考えなければなりません。さらに、対人関係をうまく扱うことも彼にとって課題です。 「経営とは、物を管理することではなく、人を管理することです。物事をうまく進めるためには、多くの人間関係の問題を解決しなければなりません。これは中国だけでなく、世界でも同じです」とマイ・ヤオフア氏は語った。 「さらに、会社が行う仕事は非常に包括的であり、基本的な業務を一から学ばなければなりません。」

これは当時、麦耀華にとって大きな挑戦でしたが、業界を離れて学界に戻ったとき、彼はこの経験のおかげで多くのことを理解することができたことに気づきました。

彼が天威映画で働いた6年間は長くも短くもなかった。麦耀華にとって、それは人生で最も多くのことを学んだ時でした。しかし、太陽電池の改良のスピードは速く、技術は進歩し、探究は無限であるため、彼は学界に戻る選択を迫られました。学問の世界に戻ることによってのみ、彼は最先端の問題に本格的に挑戦することができるのだ。

最先端の知識を探求する情熱を抱き、Mai Yaohua さんは大学に戻りました。

産業化に向けて

2013 年以来、河北大学太陽光発電技術研究センターの所長および河北省太陽光発電技術協同イノベーションセンターの主任科学者として、Mai Yaohua 氏はチームを率いて最先端の重要な問題に挑戦してきました。 2016年9月、麦耀華氏は北から南へ移り、済南大学新エネルギー技術研究所を設立し、所長としてチームを率いて技術革新と産業化に努めた。

▲実験作業を指導する麦耀華さん（右）

麦耀華氏は指導的人物として主導的な役割を果たし、研究所を徐々に成長・発展させました。現在、研究所には5人の上級研究員、9人の副上級研究員、60人以上の博士課程および修士課程の学生を含む約80人からなる科学研究チームが存在します。当研究所は、技術革新と人材育成を業務の中心に据え、国内一流、国際的にも名高いハイレベルの新エネルギー技術革新・研究開発プラットフォームの構築を目指しています。産業化に向けた最先端技術の研究開発、科学研究成果の転換、革新的な人材の育成を通じて、学問分野と新エネルギー産業の発展を推進します。現在、研究所の研究方向は主に新型太陽電池、リチウム電池、機能性薄膜材料・デバイスに焦点を当てており、固定資産投資は4,000万元に達し、「国家重点研究開発計画」などの主要プロジェクトを遂行しています。

「研究所が設立されたとき、私はチームのメンバーに、論文として発表するだけで決して産業化できないようなことはしないよう要請しました。私たちは企業と技術変革に協力することはできますが、企業の技術部門に取って代わることはできません。非常に簡単な改良や高度なものを作ることはできます。」とMai Yaohuaさんは言った。業界を離れた後も、麦耀花は頻繁に業界の活動に参加している。彼は中国再生可能エネルギー協会の太陽光発電委員会の副委員長であり、広東省太陽エネルギー協会の副会長です。中国半導体産業協会の太陽光発電標準化委員会の中心メンバーとして、10以上の国家、業界、チーム標準の策定を主導し、参加しました。 Mai Yaohua 氏は、業界に何が必要かを明確に理解しています。

この位置付けに基づき、Mai Yaohua 氏はチームを率いて、新しいペロブスカイト太陽電池と複合薄膜太陽電池に関する徹底的な研究を実施しました。

麦耀華氏は、薄膜太陽電池の優れた代表例として、新型ペロブスカイト太陽電池が近年急速に発展し、大きな商業的価値を示していると紹介した。チームは、高効率と安定性を目標とした新しいペロブスカイト太陽電池の開発を目指し、ペロブスカイト膜とデバイスをベースにした革新的な研究を行ってきました。ペロブスカイト太陽電池に焦点を当て、「溶媒工学」、「部品工学」、「界面工学」の3つの分野で研究を進め、ペロブスカイト膜形成ダイナミクス、大面積ペロブスカイト太陽電池とモジュール、ペロブスカイト室内太陽光発電セル、ペロブスカイト/ペロブスカイトタンデムセル、ペロブスカイト/結晶シリコンタンデムセルにおいて一連のブレークスルーを達成しました。チームが設立されてから間もなく、そのメンバーが科学技術部の重要な研究開発プロジェクト、中国国家自然科学基金の重要なプロジェクト、広東省および市のプロジェクトを数多く引き受けたことは特筆に値します。彼らは、Energy & Environmental Science、Advanced Materials、Advanced.Energy Materialsなどのジャーナルに100本以上の論文を発表し、ペロブスカイト太陽電池に関連する20件以上の特許を申請しました。同研究所は近年、科学研究成果の転換においても重要な進歩を遂げており、ペロブスカイト太陽電池とモジュールの変換効率において7回の画期的進歩を達成した。現在までに、大型（>800cm2）の剛性基板ペロブスカイト太陽光発電モジュールの変換効率、フレキシブル基板ペロブスカイトモジュールの変換効率、ペロブスカイトガラス基板とフレキシブル基板の室内太陽光発電セルの変換効率の記録を保持しており、明らかな技術的優位性があります。

新しいペロブスカイト太陽電池と同様に、銅インジウムガリウムセレン化物やカドミウムテルル化物薄膜太陽電池も、高い変換効率や安定した性能など多くの利点を備え、現在最も商業的に価値のある薄膜太陽電池です。その中で、銅インジウムガリウムセレン薄膜太陽電池は、ガラスなどの硬い基板だけでなく、ステンレス鋼やポリイミドなどの柔軟な基板にも使用でき、より多くの応用シナリオを持っています。銅インジウムガリウムセレン化物やカドミウムテルル化物薄膜太陽電池は工業化されているものの、現時点では独立した知的財産権を持つ中核技術が不足している。同時に、これら 2 種類のバッテリーは、工業生産において依然としてコストが高いことや効率が低いことなどの問題に直面しています。

こうした産業化の核心的な課題に対応するため、Mai Yaohua 氏はチームを率いて、独自の知的財産権を持つ低コスト、高効率、高信頼性の複合薄膜太陽電池製造技術を開発しました。同時に、銅・亜鉛・スズ・硫黄やセレン化アンチモンなどの新しい複合薄膜太陽電池の研究も行っている。現在、チームは複合薄膜太陽電池の分野で一連のブレークスルーを達成しています。例えば、テルル化カドミウム電池の変換効率は20.2%に達しており、これは中国でトップレベルです。銅・亜鉛・スズ・硫黄電池の効率は12.5%に達しました。アンチモンセレン電池の変換効率は10.12%に達しました。 2016年の研究所設立以来、この分野で20件以上の高水準の論文がNature CommunicationsやAdvanced Scienceなどの太陽電池専門誌に掲載されています。

開発からわずか10年余りで、ペロブスカイト太陽電池のエネルギー変換効率は当初の3.8%から現在は26.1%に向上しました。しかし、ペロブスカイト太陽電池の効率は着実に向上しているものの、光、熱、水、酸素に対するペロブスカイトの安定性が工業化プロセスのボトルネックとなっている。 2D/3D ヘテロ接合ペロブスカイトの構築は、デバイスの環境安定性を向上させる効果的な戦略であることが示されています。さらに、大面積ペロブスカイト膜や部品の製造を実現するためのコーティング印刷や大面積結晶化プロセスの開発も、産業化への道のりで緊急に取り組む必要がある課題です。

「研究所の設立から7年が経ち、収穫期に入りました。初期段階では、ペロブスカイト太陽電池や硫黄系薄膜太陽電池の安定性を高め、大規模生産を実現する方法など、基礎研究を進めてきました。現在は、これらの技術の適切な応用方向を模索しています。」マイ・ヤオフアさんは言った。

済南大学の科学技術成果の転換に向けた重要なプロジェクトとして、チームは2022年8月に広州済南大学科学技術パーク管理有限公司と協力して広東麦洛エネルギーテクノロジー株式会社を設立し、2022年11月にエンジェルラウンドの資金調達を完了し、総資金調達額は3,000万人民元を超えました。この資金は、10MWペロブスカイト太陽電池パイロットラインの構築と、その後の1.2m×1.6m大面積ペロブスカイト電池の開発および100MW生産ラインの確立に向けた準備に使用されます。 2023年2月25日、ヴェイルエナジーが構築したペロブスカイト太陽光発電モジュールのパイロット生産ラインが工程浸透を達成し、初の大面積（30cm×30cm）ペロブスカイト太陽光発電モジュールが正式に生産ラインから出荷されました。 2023年6月、30cm×30cmペロブスカイト太陽光発電モジュールの変換効率は20.79%に達しました。 8月には、これまでの変換効率記録を再び21.50%に更新し、逆構造フレキシブルペロブスカイト太陽光発電モジュールの光電変換効率は21.09%に達した。

本物のコア技術で装備を作る

麦耀華氏はずっと一つの疑問について考えていた。2007年、中国はすでに太陽電池モジュールの最大生産国だった。 2013年までに、中国は太陽電池の応用数が最も多い国となった。しかし、中国ではなぜ多くの古い企業が次々と倒産する一方で、いまだに多くの新しい企業が生まれているのでしょうか?このような浮き沈みの理由は何でしょうか?

麦耀華氏は、ビジネス経験と研究所の設立を通じて、中国の太陽光発電産業には依然として多くの問題があり、その最大の問題はほとんどの企業が独自の中核技術を持っていないことだということを発見した。

なぜ新興企業は古い企業をすぐに打ち負かすことができるのでしょうか?設備の更新が早いため、新興企業は多額の費用をかけて新しい設備を購入しますが、一方で、旧来の企業は設備の減価償却がまだ終わっておらず、設備の更新ができないため、当然ながら新興企業と競争することができません。本当のコア技術は機器にあります。中国は太陽電池モジュールの生産で世界最大の国となったが、多くの独自技術が海外から来ているため、実のところ中国は依然として外国の規制を受けている。独自の技術が不足していることは、私たちが直面しなければならない事実です。

中国に戻ったとき、麦耀華氏はすでに本物のコア技術を使った製品を作ることを決意しており、現在行っている仕事の多くはこの目標を達成するためのものである。彼は機器の革新においても同じ目標を達成したいと考えています。現在、Mai Yaohuaは企業と協力して、半導体企業向けの装置の開発を共同で模索しています。同氏は「これは非常に意義のあることだと信じている。各方面の長所を結集し、国産のこの装備を一流の製品にしたい。また、より多くの人々が投資し、中国の装備がもはや外国に頼らず、真の自立を達成できるよう、全力を尽くして貢献してほしい」と述べた。

風波に立ち向かいながら、麦耀華は中国製造業の発展と飛躍の道を着実に歩み続けています。

専門家プロフィール

麦耀華氏は済南大学教授、新エネルギー技術研究所所長、中国人民政治協商会議第13回広東省委員会常務委員、国家著名な専門家である。彼は長年にわたり新エネルギー材料とデバイスの研究に従事しており、研究分野には高効率シリコン系太陽電池、複合薄膜半導体材料と太陽電池、ペロブスカイト太陽電池、リチウムイオン電池などが含まれています。彼は、Nature Communications、Energy Environ Sci、Adv などのジャーナルに 200 本以上の論文を発表しています。 Energ Mat、J. Am.化学。社会、ナノエネルギーおよび応用物理。 Lett. で博士号を取得し、30 件を超える発明特許を含む 50 件を超える認可特許を取得しました。 2010年に河北省五四青年勲章を受賞、2018年には中華全国帰国華僑連合会より「華僑貢献賞」を受賞した。