距宮崎機(jī)場(chǎng)驅(qū)車約30分鐘的宮崎縣國(guó)富町，因安裝了太陽(yáng)能電池板的住宅的比例在日本名列前茅而聞名。在這座光伏發(fā)電的“圣城”里，坐落著Solar Frontier公司（東京都港區(qū)）的國(guó)富工廠。這座工廠的太陽(yáng)能電池板年產(chǎn)能為900兆瓦，相當(dāng)于日均生產(chǎn)太陽(yáng)能電池板約1.5萬枚。一座工廠便擁有如此之大的生產(chǎn)規(guī)模，這在日本國(guó)內(nèi)乃至全世界都是最大級(jí)別。在大約40萬平方米的廠區(qū)內(nèi)，坐落著兩棟巨型建筑，一棟用作工廠，另一棟用作倉(cāng)庫(kù)。這兩棟建筑的屋頂上，都鋪滿了太陽(yáng)能電池板，總輸出功率高達(dá)4兆瓦（圖1）。

圖1：國(guó)富工廠廠房屋頂設(shè)置的百萬瓦級(jí)光伏電站（攝影：日經(jīng)BP）

3座工廠總年產(chǎn)能力達(dá)到1吉瓦

Solar Frontier生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池板被稱為“CIS型太陽(yáng)能電池”。晶體硅型太陽(yáng)能電池采用的半導(dǎo)體是利用晶體硅（Si）制造，而CIS型太陽(yáng)能電池使用的則是由銅（Cu）、銦（In）、硒（Se）、鎵（Ga）、硫（S）五種元素組成的化合物半導(dǎo)體。這種電池也叫作“CIGS型”，基本都屬于同一類別。與高效率的晶體硅型太陽(yáng)能電池板相比，這種電池的轉(zhuǎn)換效率雖然低幾個(gè)百分點(diǎn)，但高溫時(shí)的發(fā)電損耗低，發(fā)電量相對(duì)較高，相繼為日本國(guó)內(nèi)百萬瓦級(jí)光伏電站所采用。除國(guó)富工廠外，Solar Frontier在宮崎縣還擁有兩處生產(chǎn)基地。三座工廠相加，年產(chǎn)規(guī)模達(dá)到1000兆瓦（1吉瓦）。2010年年產(chǎn)僅為60兆瓦，與之相比，生產(chǎn)能力在3年間激增到了15倍以上。在CIS型太陽(yáng)能電池生產(chǎn)商之中，該公司的生產(chǎn)能力已經(jīng)攀上了世界第一的寶座。

國(guó)富工廠擁有約800名員工，其中約600人工作在生產(chǎn)線上。約150人為一個(gè)班組，四班兩倒，24小時(shí)生產(chǎn)。這座工廠原本是日立制作所集團(tuán)企業(yè)運(yùn)營(yíng)的平板顯示器工廠。但由于業(yè)務(wù)收益惡化，工廠停產(chǎn)，2009年，日立將其轉(zhuǎn)讓給了Solar Frontier。轉(zhuǎn)讓還包括了工廠建筑和負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理的約300名員工。接手后，Solar Frontier投資約1000億日元，在僅僅兩年后的2011年2月，構(gòu)筑起現(xiàn)在的生產(chǎn)體制，到2012年7月日本開始實(shí)行可再生能源電力固定價(jià)格收購(gòu)制度（FIT）時(shí)，該公司已建立起了“百萬瓦級(jí)光伏電站時(shí)代”的電池板供應(yīng)體制?；仡櫘?dāng)時(shí)，國(guó)富工廠廠長(zhǎng)掛川一樹說：“我們之所以能夠在短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)如此大規(guī)模的太陽(yáng)能電池板生產(chǎn)設(shè)備，并且成功使生產(chǎn)步入軌道，是因?yàn)槌酥圃祀姵匕宓纳a(chǎn)管理設(shè)備之外，還得到了大量擁有生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)的人才，這是重要因素。”

生產(chǎn)工序基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化

在工廠的生產(chǎn)線上，有兩個(gè)班組、約300名工人負(fù)責(zé)操作，從參觀生產(chǎn)線的印象來說，員工稀稀疏疏，對(duì)于1天生產(chǎn)1.5萬枚電池板的現(xiàn)場(chǎng)而言，人數(shù)之少令人驚訝。這是因?yàn)?，生產(chǎn)工序基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。從機(jī)器人搬起玻璃基板將之固定在流水線上開始（圖2），全部是生產(chǎn)線流水作業(yè)?；咫S傳送帶移動(dòng)，逐一通過各種制造裝置，逐步形成電極構(gòu)造（圖3）。完成的電池板被放置在自動(dòng)傳送機(jī)上，運(yùn)送到巨大的堆放場(chǎng)存放。生產(chǎn)線上的半成品和倉(cāng)庫(kù)中的成品的情況由管理生產(chǎn)工藝和庫(kù)存的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)一掌握。在日本國(guó)產(chǎn)太陽(yáng)能電池板中，Solar Frontier的產(chǎn)品成本競(jìng)爭(zhēng)力最強(qiáng)，這已經(jīng)成為其得到廣泛采用的因素之一。而這樣的成本競(jìng)爭(zhēng)力得以實(shí)現(xiàn)，靠的正是徹底實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的生產(chǎn)線。那么，在生產(chǎn)線上，人究竟發(fā)揮著什么作用？除了管理工作機(jī)器人之外，多數(shù)人員的工作是檢查產(chǎn)品質(zhì)量。從事生產(chǎn)的一個(gè)班組、約150人中，約有100人是質(zhì)檢員。

圖2：把玻璃基板固定在生產(chǎn)線上的機(jī)器人（攝影：日經(jīng)BP）

圖3：形成了電極的玻璃基板（攝影：日經(jīng)BP）

CIS型太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工序的流程是，在玻璃基板上利用半導(dǎo)體材料形成電極構(gòu)造，接著在表面覆蓋保護(hù)玻璃，在背面覆蓋隔離板，然后安裝外框，最終組裝成模塊（電池板）（圖4）。完成的電池板要全部接受輸出特性等檢查，清除次品。不過在制造流程中，也要隨時(shí)隨地利用傳感器和肉眼檢查質(zhì)量。而且還要定期抽檢產(chǎn)品，測(cè)試耐壓性和絕緣性等。掛川廠長(zhǎng)說：“我們采取了雙重檢查措施，包括制造工序的線上檢查和隨機(jī)抽檢。”

圖4：安裝好隔離板，即將完工的CIS型太陽(yáng)能電池（攝影：日經(jīng)BP）

次品率降低到PPM水平

在大塊玻璃基板上形成薄膜的生產(chǎn)工藝難以實(shí)現(xiàn)薄膜等的均質(zhì)化，成品率較低，容易成為阻礙生產(chǎn)的課題。對(duì)此，掛川廠長(zhǎng)說：“我們研究設(shè)計(jì)了能夠同時(shí)提高轉(zhuǎn)換效率和生產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝，在每次擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的時(shí)候，分階段進(jìn)行了采用。通過隨時(shí)將質(zhì)檢的結(jié)果反饋到生產(chǎn)工藝之中，使工藝與質(zhì)量管理掛鉤，成功將次品率降低到了PPM（百萬分之1）的水平。”他強(qiáng)調(diào)說，能夠做到這一點(diǎn)的大前提是，“從半導(dǎo)體材料到電池板都由一家工廠一條龍生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)”。

另一方面，CIS太陽(yáng)能電池與晶體硅型相比，在量產(chǎn)化的太陽(yáng)能電池中還是一項(xiàng)新技術(shù)，因此有人擔(dān)憂這種電池“是否真的能夠維持發(fā)電性能20年”。作為薄膜太陽(yáng)能電池的一種，非晶硅型在投入使用后，容易出現(xiàn)光劣化導(dǎo)致功率降低的課題，因此同為薄膜型的CIS型自然也容易受到質(zhì)疑。但現(xiàn)已證實(shí)，CIS型暴露在陽(yáng)光之下，發(fā)電性能反而會(huì)漸漸超過額定輸出功率，并不存在光劣化的現(xiàn)象。日本國(guó)內(nèi)采用CIS型太陽(yáng)能電池的百萬瓦級(jí)光伏電站也頻頻傳出設(shè)置后輸出功率超過額定的捷報(bào)，這成為了CIS型口碑上升的一個(gè)因素。

那么，長(zhǎng)期耐久性又是如何？在Solar Frontier位于神奈川縣厚木市的研究所中，設(shè)置于2003年的CIS型太陽(yáng)能電池歷經(jīng)10年的歲月，發(fā)電性能依然與當(dāng)初不相上下。掛川廠長(zhǎng)表示：“化合物半導(dǎo)體的分子構(gòu)造不會(huì)被光破壞，單元永遠(yuǎn)具備發(fā)電性能。”其他有可能導(dǎo)致劣化的因素還有隔離板、密封材料（EVA）等有機(jī)構(gòu)件，這是晶體硅型也同樣存在的課題。但晶體硅型太陽(yáng)能電池的歷史悠久，已經(jīng)出現(xiàn)了設(shè)置超過20年的案例，研究人員正在通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的劣化情況實(shí)施評(píng)價(jià)和分析，開發(fā)具有高度重現(xiàn)性的加速試驗(yàn)方法。對(duì)于作為新技術(shù)的CIS型太陽(yáng)能電池，此類高度可靠的加速試驗(yàn)方法的開發(fā)也將成為今后亟待解決的課題。