第17章光的逆运算：从贝克勒尔到硅太阳能到钙钛矿

一个家族，两次撞见看不见的东西

1839年，巴黎,一个十九岁的年轻人站在父亲的实验室里，手里攥着一个看上去毫不起眼的瓶子。瓶里是稀硫酸，泡着两片铂电极，其中一片涂了一层卤化银。他把仪表接好，然后做了一件在当时纯属心血来潮的事：让阳光照到其中一片电极上。

仪表的指针动了。

这个年轻人叫埃德蒙·贝克勒尔（Alexandre-Edmond Becquerel），生于1820年，那年他十九岁，还是个在父亲安托万·凯撒·贝克勒尔实验室里打下手的学生。他不太可能完全明白自己看到了什么——那是1839年，电子要再过五十八年才被汤姆孙找到，光的量子要再过六十六年才被爱因斯坦说清。他只知道一件反常的事：光照在泡着电极的溶液上，居然能生出电流和电压来。他把这个现象写成一篇论文，标题很法国、很学院：《论太阳光线影响下产生的电效应》（Mémoire sur les effets électriques produits sous l’influence des rayons solaires），发表在《法兰西科学院通报》（Comptes rendus）上1。后人把这个现象叫“贝克勒尔效应”，也就是光生伏特效应（photovoltaic effect）——光，变成了电。

这件事本身已经够戏剧。但更戏剧的在后头。半个多世纪后，1896年，埃德蒙的儿子亨利·贝克勒尔（Henri Becquerel）把一块铀盐和包好的照相底片一起锁进抽屉，本想等天晴了拿到阳光下做实验，结果阴了好几天。他随手把底片冲了出来，底片上却已经感光成像——铀盐在黑暗里自己发出了某种看不见的射线。这就是放射性的发现，亨利为此与居里夫妇分享了1903年的诺贝尔物理学奖2。

一个贝克勒尔在阳光下抓住了“光变成电”，他的儿子在黑暗里抓住了“原子自己放出射线”。一个家族，两代人，撞开了二十世纪物理学的两扇大门——光伏和核物理。这种巧合好到不真实，但它确实发生了。而我们这一章，要顺着父亲那一扇门走下去：光，怎样一步步被人类学会逆着用。

说“逆着用”是有讲究的。上一章讲蓝光LED，讲赤崎勇、天野浩和中村修二怎么让半导体把电变成光，把世界点亮。这一章讲的太阳能电池，做的恰好是相反的事：把光变回电。这两件事不是修辞上的对仗，而是同一块半导体在物理上的两个方向。2007年，德国于利希研究中心的乌韦·劳（Uwe Rau）用一套严格的“互易关系”（reciprocity relation）证明了这一点：一块太阳能电池的光伏量子效率谱，和它反过来当发光二极管用时的电致发光谱，是定量对应的；它的开路电压，也和它作为LED时的发光效率定量挂钩3。换句话说，原则上每一块太阳能电池都能反着接线当LED点亮，每一只LED也能反着用来发电。光生电与电生光，是一枚硬币的两面。理解了上一章的发光，就已经理解了这一章的发电的一半。

一块涂金的硒片，和一个没人懂的现象

贝克勒尔那套泡在酸里的电极是个电化学装置，潮湿、笨重、没法用。把光伏从溶液里搬到固体上的，是一个美国人。

1883年，纽约的发明家查尔斯·弗里茨（Charles Fritts，1850—1903）做了一件后来被无数太阳能史反复引用的事。他拿一片半导体硒（selenium），在上面覆了一层薄到几乎透明的金箔当电极，做成了世界上第一只固态太阳能电池。第二年，1884年，他干脆在纽约一栋楼的屋顶上装了一片这样的硒电池阵列——这是人类最早的屋顶光伏4。

弗里茨自己对这玩意儿的前景非常乐观，他甚至觉得它有朝一日能和爱迪生的火力发电厂竞争。这个判断在当时近乎狂想，因为他的硒电池效率只有大约百分之一，也就是照进去一百份光，只有一份变成了电，剩下九十九份白白浪费4。更尴尬的是，没有人能解释它为什么能发电。1884年，量子理论还没影子，能带、载流子、p-n结这些词一个都不存在。弗里茨手里捏着一个能工作的器件，却讲不出任何道理。这是发明跑在理论前面的典型场面——一个东西明明在动，全世界却没人说得清它凭什么动。

要等到大半个世纪后，物理才追上来，而追上来的地方，又是那个我们已经在前几章里反复回去的地方：贝尔实验室。

那块裂开的硅

1940年，贝尔实验室的拉塞尔·奥尔（Russell Ohl）正在跟硅这种材料死磕。前面第3章、第4章讲过，硅在二战前后是个让人又爱又恨的材料：它在雷达检波里有用，但当时提纯水平差，每一炉熔出来的硅纯度和性质都飘忽不定，研究者常常被它折磨得没脾气。

奥尔手头有一块硅样品，上面有一道裂纹。这道裂纹是硅熔化后再凝固时自己形成的——熔硅凝固有先后，凝固过程中杂质会被“分凝”，往不同方向赶，结果裂纹两侧的硅,杂质类型恰好不一样：一侧多了能提供多余电子的杂质，另一侧多了能提供“空穴”的杂质。

奥尔拿欧姆计去量这块裂硅的电阻，量着量着发现一件怪事：只要有光照到样品上，裂纹两侧之间的电流就大幅跳变，光一遮就掉下去，光一来就上去。他意识到，这道裂纹不是缺陷，而是一个天然的界面——界面一边是带正电载流子占多数的区域，一边是带负电载流子占多数的区域。他把前者命名为p型（positive，正型），后者命名为n型（negative，负型）。两者交界的地方，就是后来贯穿整本半导体史的那个核心结构：p-n结（p-n junction）5。

这是半导体史上最幸运的事故之一。一块本不该裂的硅裂了，裂缝恰好成了一个分界，光照之下电流跳动，奥尔顺着这个跳动，给整个领域命了名。我们在第3章讲点接触晶体管、第6章讲平面工艺时反复用到的“p型”“n型”,源头就在这块1940年裂开的硅上。奥尔的专利1941年5月27日提交，编号US 2402662，1946年6月25日获得授权6。1954年那块震动世界的硅太阳能电池，物理上的祖先就是它。奥尔的名字在太阳能史里常被略过，但没有他那道裂纹，后面的故事无从谈起。

1954年4月25日：一个玩具摩天轮

把奥尔的p-n结变成一块真正能用、效率高到让人吃惊的硅太阳能电池的，是贝尔实验室的三个人。这个故事的起点，其实是一次失败。

工程师达里尔·查宾（Daryl Chapin）当时领到的任务很务实，跟“造福人类”没半点关系：贝尔系统要给偏远地区的电话设备找一种备用电源。那些架在荒山野岭里的中继站、信号设备，干电池用完了得有人翻山越岭去换，太阳能听上去是个出路。查宾先试的是硒电池——也就是弗里茨那条老路——结果效率惨不忍睹，不到百分之一，把照进来的太阳光几乎全浪费掉。靠这点效率给电话供电是天方夜谭，查宾几乎要放弃了26。

转机来自实验室另外两个人手上正在发生的事。化学家卡尔文·富勒（Calvin Fuller）当时在研究一种叫气相扩散掺杂的工艺——把杂质原子在高温下从气相里“扩”进硅块，从而做出质量比奥尔那块裂硅好得多、可控得多的p-n结。这套扩散掺杂工艺本身就是半导体制造的一块基石，第12章讲掺杂时还会回到它。富勒做出的硅结又干净又均匀。差不多同时，物理学家杰拉尔德·皮尔逊（Gerald Pearson）在测一根这样掺过杂的硅条时，偶然发现它受光照产生的电流，远远超过查宾那些可怜的硒电池26。

三个人就这么撞到了一起：查宾有需求和工程经验，富勒有做好硅结的化学工艺，皮尔逊有那个关键的偶然测量。一条快要走死的路，被另外两个人手上的活儿救了回来。

1954年4月25日，贝尔实验室在新泽西州默里山（Murray Hill）开了一场新闻发布会，宣布了“贝尔太阳能电池”（Bell Solar Battery）。这块硅p-n结电池的效率约为百分之六7。今天听起来不高，但要记住它的对手是那个连百分之一都够呛的硒电池——百分之六，是当时所有太阳能电池里前所未有的数字，一下子把效率提高了好几倍。

发布会的现场布置很有心机，因为贝尔的公关很清楚抽象的“百分之六”打动不了记者。他们摆了一个二十一英寸高的玩具摩天轮（Ferris wheel），让硅电池板在灯光下驱动它缓缓转动；旁边还有一台同样靠太阳能供电的无线电发射机，对着记者播放语音和音乐7。一块巴掌大的硅片，在屋里点的灯下，转着一个玩具，放着歌。第二天，《纽约时报》给了它一段后来被引用了无数遍的评语，说这块电池“也许标志着一个新纪元的开端，最终将实现人类最珍视的梦想之一——驾驭太阳近乎无穷的能量，为文明所用”（may mark the beginning of a new era…the harnessing of the almost limitless energy of the sun for the uses of civilization）8。

这是1954年。同一年，第4章里肖克利刚刚离开贝尔准备去加州，硅谷还没开张；晶体管才七岁。《纽约时报》的句子写得豪情万丈，可现实非常骨感：这块电池贵得离谱。以每瓦计，造价高达几百美元的量级。在地面上，它毫无经济性可言——你拿它发的那点电，远远抵不上做它花的钱9。一个被媒体捧上天的发明，找不到一个肯掏钱的买家。

整个1950年代后半段，硅太阳能电池都困在这个尴尬里：物理上完美，经济上荒谬9。它需要一个不在乎价格、只在乎“能不能在没有别的办法的地方供电”的客户。这个客户，最后来自天上。

三月十七日，圣帕特里克节，和一场内部对赌

1958年3月17日，圣帕特里克节，美国发射了“先锋1号”（Vanguard 1）卫星。这是美国送上轨道的第二颗人造卫星，也是第一颗用太阳能供电的卫星。它身上带着一组太阳能电池——按贝尔实验室的授权、由霍夫曼电子公司（Hoffman Electronics）依照陆军通信兵部队（Signal Corps）的规格制造，大约六片光伏电池，分成四簇，用厚玻璃封装着，贴在卫星外壳上10。

这组电池能上天，背后是一场实实在在的内部争吵。

美国海军当时主管“先锋”计划，海军的工程师对太阳能电池极不信任，认为它“不可控、还没真正成熟”（uncontrolled and not fully established）。他们的逻辑很朴素：化学电池是验证过的、靠谱的，太阳能这东西没人用它供过卫星，谁知道在轨道上会出什么岔子？海军坚持要给卫星装上化学电池作为主电源，至少是保险11。

顶着海军这股阻力的，是陆军通信兵部队的电源研究主管汉斯·齐格勒（Hans K. Ziegler）。齐格勒是太阳能在军用上的坚定推手，他一直想找机会把这种新电池送上太空验证。面对海军“加装化学电池”的执意，他没有硬碰硬，而是顺水推舟——既然你们一定要装化学电池作主力，那就让我的太阳能电池搭个免费的便车上去试试看。他留下一句后来很有名的话，说这是“给我们的太阳能电池一次免费搭车的绝佳新机会”（a splendid new opportunity to give our solar cells a free ride）11。

结果是一场漂亮的打脸。先锋1号入轨后，那组海军信任的化学电池只撑了大约十九天，到1958年6月就耗尽了，靠它供电的发射机随之哑掉。而那个被当成“免费便车”的太阳能供电发射机，持续工作了大约六年12。

六年对十九天。这个对比太干净、太有说服力了。海军眼里“不可控、不成熟”的东西，在真空、失重、剧烈温变的太空环境里，把它认定可靠的化学电池甩出了一百多倍。从这一刻起，硅太阳能电池找到了它苦等多年的杀手级应用：航天器电源。在太空里，没人跟你谈每瓦几百美元贵不贵——卫星上每一瓦的电都是无价的，而太阳是那里唯一取之不尽的能量来源。整个1960、70年代，太阳能电池就靠着卫星和航天器这个不计成本的市场活了下来，慢慢压成本、攒经验。它在地面上的春天，还要再等很久。

把硅榨干：从百分之六到百分之二十几

接下来三十年，硅太阳能电池干的事，本质上是一场“把每一缕光都榨出来”的死磕。百分之六是个起点，物理学家算过，单结硅电池有个理论天花板，叫肖克利-奎伊瑟极限（Shockley-Queisser limit），大约百分之三十三点七——这是一块单一材料、单个p-n结的电池能从太阳光谱里榨出的电的上限，再怎么努力也越不过去13。问题是怎么尽量逼近它。

这场逼近战里，有一个名字必须记住：马丁·格林（Martin Green），澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）的教授，业内称他“光伏教父”。1983年，格林的团队提出了一个叫PERC的结构——钝化发射极及背面电池（Passivated Emitter and Rear Cell）。它的核心思路是给硅片的背面也加上一层钝化，把那些原本在背面白白复合掉、损失掉的载流子救回来。1988年下半年，第一块高效PERC电池经独立认证达到21.8%；1989年，团队把它推到22.8%，这是当时硅电池的世界最高纪录。格林为PERC在2022年拿了千禧技术奖（Millennium Technology Prize）14。

PERC了不起的地方不在那篇1989年的论文，而在它后来的命运。这个1980年代在大学实验室里做出来的结构，几十年后成了全球光伏的标准配置——到2021年，PERC占了全世界硅组件产量的大约百分之九十一15。换句话说，你今天在屋顶上、在荒漠电站里看到的绝大多数太阳能板，用的都是格林团队那个三十多年前的点子。（需要补一句：百分之九十一是PERC在2021年的峰值份额；2022年以后，更先进的TOPCon结构快速上量，PERC正在退潮，当下的主流已经换了人15。）

但故事到这里，全书那条最重的暗线又一次浮了出来：发明在西方实验室，量产东移到东亚，产能最后集中到中国。我们在第14章讲TFT、第15章讲LCD、第16章讲LED时已经反复看到这个剧本。在太阳能这里，它甚至被压缩进了一个人的人生。

施正荣：一个人演完整部剧

马丁·格林的实验室，被人称作光伏界的“黄埔军校”——他门下出了一批后来把高效硅电池技术带向产业的学生。其中最戏剧的一个，是来自中国的施正荣。

施正荣1992年在UNSW拿到博士学位，导师正是格林（他是格林带的第十二个博士生）。本来他可以留在澳大利亚做研究、做工程师，过安稳日子。但2001年，他做了一个改变中国光伏产业的决定：回国，在江苏无锡创办尚德电力（Suntech）。无锡市政府出了大约六百万美元的启动资金16。这一步踩在了一个完美的节点上——西方掌握着技术，中国有便宜的土地、人力和愿意下注的地方政府，全球又恰好进入了对清洁能源补贴最慷慨的年代。

尚德起飞得快得吓人。2005年，它在纽约证券交易所上市，是第一家在纽交所上市的中国民营企业；施正荣的身价随股价暴涨，一举成为中国首富16。一个在西方实验室念完博士、把技术装进行李箱带回故乡量产的人，几年间就站到了财富的顶峰。这几乎是“发明西方、量产东方”这条暗线最完美的人格化样本。

然后是同样快的坠落。光伏补贴退坡、产能过剩、价格战、欧美反倾销，几股力量一起压下来。2013年3月20日，尚德因为一笔5.41亿美元的可转债违约，宣告破产16。从中国首富到企业破产，中间不过八年。

施正荣的这条抛物线，把这一章的主题画得清清楚楚：技术可以装进一个人的行李箱漂洋过海，但建立在补贴和价格战之上的产业地位极不稳固。盛极而衰来得比谁都快。不过尚德倒下了，它点燃的那把火没灭——它培养的人才、它带起来的供应链、它证明的“中国能做光伏量产”这件事，留了下来，成了后面整个中国光伏军团的地基。

PERC之后，硅电池的接力没有停。隆基（LONGi）等中国公司在2020年代把更先进的结构一个接一个推向纪录：2021年，隆基的TOPCon电池做到25.21%；HJT（异质结）电池做到26.30%，后来又把这个数字推到26.81%，一度打破了长期纪录。HJT在2022到2024年间超越了老旧的Al-BSF结构，成了排在PERC、TOPCon之后的第三大商用技术。再往实验室深处看，隆基的HBC做到27.30%（经ISFH认证），n型的HIBC更是做到27.81%17。这些数字像在拳击台上一拳接一拳，把单结硅电池一点点往那个百分之三十三点七的天花板上顶。

可天花板终究是天花板。要真正越过去，得换打法。

钙钛矿：一种几分钟就被溶掉的明星

2009年5月，日本桐荫横滨大学的宫坂力（Tsutomu Miyasaka）和合作者在《美国化学会志》（JACS）上发了一篇文章，干了一件后来掀翻整个领域的事。他们没有用硅，而是用了一类叫有机金属卤化物钙钛矿的材料——化学式写出来是CH₃NH₃PbI₃和PbBr₃这样的东西，“钙钛矿”指的是它的晶体结构，跟天然矿物钙钛矿同构。宫坂力把这种材料当作染料敏化电池里吸收可见光的敏化剂，做出了一块效率3.8%的太阳能电池18。

3.8%这个数字本身平平无奇——比1954年那块贝尔硅电池还低。但这材料展现出的吸光本事让人眼前一亮。问题是它有个要命的毛病：宫坂力的电池用的是液态电解质，而这种液体会把钙钛矿溶掉。电池做出来没几分钟，敏化层就被电解质溶解，性能崩塌18。一个吸光极好的材料，泡在液体里几分钟就化了——这就是钙钛矿头三年背着的“不稳定魔咒”。明星苗子，活不过一支烟的工夫。

破局发生在2012年，而且几乎是同时从三个方向破的。韩国的朴南圭（Nam-Gyu Park）和瑞士洛桑联邦理工学院的迈克尔·格雷策尔（Michael Grätzel，染料敏化电池的奠基人）合作，把那个会溶解钙钛矿的液态电解质，换成了一种叫spiro-OMeTAD的固态空穴传输材料。固态化一举解决了溶解难题，稳定性大增，效率窜到了大约9.7%（发表在2012年的《科学报告》上）。几乎在同时，英国牛津的亨利·斯奈思（Henry Snaith）独立做出了固态钙钛矿电池，效率10.9%（发表在2012年的《科学》上）19。

从3.8%到差不多10%，从泡在液体里几分钟报废到固态稳定工作，钙钛矿在2012年完成了脱胎换骨。这下子全球的实验室全扑了上来——钙钛矿太阳能电池成了二十一世纪头二十年里光伏研究最热的一个方向，论文以爆炸的速度往外冒。斯奈思后来在牛津创办了Oxford PV公司，专门做钙钛矿的产业化，主攻方向是把它和硅叠在一起。宫坂力则一直被视为诺贝尔奖的热门人选20——又一次，发现原始现象的人和把它做成产业的人，可能不是同一拨，这正是全书反复出现的“诺奖偏爱物理原理、市场偏爱可量产性”的错位。

到2024、2025年，钙钛矿单结电池的认证效率已经做到约百分之二十七，逼近甚至在某些口径上追平了单晶硅21。一个2009年才从3.8%起步、十几年前还会被电解质几分钟溶掉的材料，追到了硅死磕了半个多世纪才到的地方。

越狱：叠层电池捅破了那道天花板

钙钛矿真正改写历史的用法，不是单独用，而是叠在硅上面。

道理在那条肖克利-奎伊瑟极限里。单结电池只能用一种材料对付整个太阳光谱，而太阳光谱很宽，从红外到紫外都有。一种材料总有它最擅长吸收的那一段，对别的波段要么吸不住、漏过去，要么吸了也浪费掉多余的能量。所以单结硅再怎么优化，也越不过那百分之三十三点七13。

叠层（tandem）的思路简单粗暴：摞两层。上面放一层带隙较宽的材料，专门吃高能量的蓝光、紫外光；让剩下的、它吃不动的低能量红光、红外光透下去，被下面一层带隙较窄的材料接住。两层分工，各吃各擅长的那段光谱，浪费就少了。钙钛矿的带隙刚好可以调,天生适合做叠在硅上面的那一层。两端钙钛矿/硅叠层（2-terminal tandem）的理论效率极限大约是百分之四十三，远远高出单结的三十三点七22。

冲在最前面把这个理论变成纪录的，又是中国公司隆基。2023年11月，隆基把钙钛矿/硅叠层电池做到33.9%；2024年9月，34.6%；再往上，34.85%，经美国国家可再生能源实验室（NREL）认证22。

34.85%这个数字有一个特别的分量：它是史上第一块经认证、效率超过单结肖克利-奎伊瑟极限（33.7%）的双结叠层电池22。这等于是一次“越狱”——单结那道用基础物理算出来的天花板，被叠层架构正式捅破了。隆基这块电池站在了那道线的另一侧。

从1954年贝尔那块百分之六、转着玩具摩天轮的硅片，到2024年隆基这块越过物理天花板的叠层电池，走了整整七十年。中间是奥尔的裂硅、是格林的PERC、是宫坂力几分钟就溶掉的染料电池、是朴南圭和斯奈思2012年的固态化。光的逆运算，被人类一点点算到了越来越高的精度。

斯旺森定律：一条往下掉的曲线

技术纪录是一回事，让太阳能真正改变世界的，是另一条曲线——往下掉的那条，价格。

这条曲线有个名字，叫斯旺森定律（Swanson’s law），得名于美国太阳能公司SunPower的创始人理查德·斯旺森（Richard Swanson），这个名字是《经济学人》2012年一篇文章叫响的。它说的是：晶硅光伏组件的价格，每当累计出货量翻一番，就下降大约百分之二十到二十三（学习率约21.5%）23。这是制造业里典型的“学习曲线”——做得越多，越熟练，成本掉得越狠。

把这条曲线拉长了看，数字相当惊人。1970年代初，光伏组件的价格还在每瓦一百美元以上——那正是它只能上天、地面用不起的年代。到2024年初，组件均价已经跌到大约每瓦0.11美元24。从一百多美元到一毛一分钱，跌了将近一千倍。需要说明的是，这里说的是组件均价，现货市场上不同时点、含不含关税，数字会有出入，前几年常被引用的“每瓦0.2美元”是2020到2022年间某些时点的现货价24；不管按哪个口径，方向都一样：光伏从一种昂贵的太空奢侈品，跌成了全人类历史上最便宜的电力来源之一。

这条往下掉的曲线，和前面那些往上爬的效率纪录，是同一个故事的两面。效率把每块板子能榨出的电往上推，规模把每瓦的成本往下压。两股力量一起作用，光伏才从1958年先锋1号上那个“免费搭便车”的实验品，变成了今天荒漠里铺到地平线尽头的电站。而把价格那一头压到地板上的，主要是中国的制造能力。

比液晶更极端：一张被压缩到几个点的地图

讲到产能集中，太阳能把全书那条“产能集中于中国”的暗线推到了一个比LCD还极端的地步。

国际能源署（IEA）2022年那份《太阳能光伏全球供应链》专题报告，给出的数字让人倒吸一口气。光伏产业链从上游到下游分几个环节：多晶硅、铸锭、硅片、电池、组件。中国在这五个环节里，每一个的全球份额都超过百分之八十——这个份额是中国自身需求份额的两倍多，意思是中国不只是为自己造，更是在为全世界造。而正在建设中的新产能，会把中国在前三个环节（多晶硅、铸锭、硅片）的份额推到接近百分之九十五25。

这种集中带来的脆弱性，被压缩到了地理上的几个点。IEA报告里有两个数字特别刺眼：中国新疆一个省，就占了全球多晶硅产能的大约百分之四十；而全球每生产七块光伏组件，就有一块出自同一家工厂25。把全世界能源转型的命脉，压到一省、压到一厂，这是一种前所未有的产业地理。

回想第15章里的液晶：日本发明、韩国和台湾接力、最后中国大陆产能称王。太阳能走的是同一条路，但走得更远、更彻底。LCD好歹还在几个东亚经济体之间分散着，太阳能则几乎一边倒地集中到了中国，集中到了中国境内的几个地方。这就是为什么太阳能早就不只是一个技术或产业话题。当一种产品同时是减碳的核心工具、是国家能源安全的支柱、又高度集中在单一国家的少数工厂里，它必然被卷进能源、贸易和地缘政治的三重漩涡。欧美这些年对中国光伏的关税、对供应链“去风险”的焦虑，根子都在IEA那几个百分数里。

一棵树上的一根旁支

把这一章放回全书那棵树的位置上看，会清楚一些。

序曲里说过，这本书的主干是逻辑、存储和制造——是晶体管那组整流、放大、开关的功能，怎样从真空里的电子，迁移到半导体里的载流子，再被无限微缩复制。太阳能不在这根主干上。它是从硅这棵大树上分出去的一根旁支，和第14、15章的显示、第16章的发光并列：都用半导体，但干的不是计算，而是把电变成光、把光变成电、把光导着走（第18章的光纤）这些“能量和信号的转换”活儿。

但旁支自有旁支的分量。这一章里反复出现的几样东西，全都不是太阳能独有的：奥尔那个p-n结，是整本半导体史的基石；富勒的扩散掺杂，是芯片制造的基本工艺（第12章）；硅的提纯和晶体生长，太阳能和芯片共用同一套底层能力。这正应了全书的一个判断——使能层比明星器件更决定历史。让太阳能成为可能的，从来不是某一块创纪录的电池，而是那层被反复打磨的硅工艺、那条不断往下掉的学习曲线、那套能把实验室结构变成万吨级产能的制造体系。

而它和上一章的关系，是最干净的一组对仗。第16章里，三个日本人让半导体把电变成了光，照亮世界；这一章里，从贝克勒尔到隆基，一代代人让半导体把光变回了电，给世界供能。乌韦·劳2007年那套互易关系给这组对仗盖了章：发光与发电，是同一块半导体的正反两面，连方程都是对应的3。

1839年那个十九岁的法国年轻人，让仪表的指针在阳光下动了一下，他大概想不到，一百八十多年后，他随手记下的那个“光生电”的现象，会变成铺满地球荒漠、扛起人类能源转型、又把全球供应链拧成一个地缘死结的庞然产业。从一片涂金的硒，到一块越过物理天花板的钙钛矿叠层电池，光的逆运算，人类算了将近两个世纪。算到今天，剩下的难题已经不在物理里——而在那张被压缩到几个工厂、几个省份的地图上。

参考文献

“Edmond Becquerel,” Wikipedia. 1839 年 19 岁的埃德蒙·贝克勒尔用铂电极（一片涂卤化银，多记为氯化银）置于稀酸中受光产生电流电压；论文 Mémoire sur les effets électriques produits sous l’influence des rayons solaires 发表于《法兰西科学院通报》（Comptes rendus）；后称贝克勒尔效应/光生伏特效应。链接 →（B 级 · 高引百科；敏化层卤化银/氯化银口径差异已以“卤化银”承载）
NobelPrize.org, “The Nobel Prize in Physics 1903.” 亨利·贝克勒尔 1896 年发现铀盐自发放射性，因放射性发现获 1903 年诺贝尔物理学奖（一半授其本人，另一半与皮埃尔、玛丽·居里分享）。链接 →（A 级 · 官方）
Uwe Rau, “Reciprocity relation between photovoltaic quantum efficiency and electroluminescent emission of solar cells,” Physical Review B 76, 085303 (2007-08-02). 严格证明太阳能电池光伏量子效率谱与其电致发光谱定量对应，并导出开路电压与电致发光量子效率的关系；劳时任德国于利希研究中心（Forschungszentrum Jülich）IEK-5 光伏部。链接 →（A 级 · 原始论文）
“Charles Fritts,” Wikipedia（亦见 Britannica）。查尔斯·弗里茨（1850—1903）1883 年在半导体硒上覆极薄金箔做成第一只固态太阳能电池，效率约 1%；1884 年在纽约屋顶装硒电池阵列（最早屋顶光伏）；曾设想可与爱迪生火电竞争。链接 →（B 级 · 高引百科/权威百科）
Computer History Museum, “1940: Discovery of the p-n Junction,” The Silicon Engine. 1940-02-23 拉塞尔·奥尔发现自然裂开的硅样品两侧杂质类型不同、光照下裂纹两侧电流大幅跳变，命名 p 型（positive）、n 型（negative）及 p-n 结（与 Jack Scaff 合作）。链接 →（A 级 · 机构史料）
US Patent 2,402,662, “Light-Sensitive Electric Device” (Russell S. Ohl). 发明人 Russell S. Ohl，申请 1941-05-27，授予 1946-06-25。链接 →（A 级 · 专利原件）
“April 25, 1954: Solar cells become practical”（AP/ABC27）；“Born in the USA: First silicon solar cell celebrates 70th birthday”（pv magazine USA, 2024）。1954-04-25 贝尔实验室于新泽西默里山宣布“Bell Solar Battery”，硅 p-n 结电池效率约 6%；现场用 21 英寸玩具摩天轮在灯光下驱动，并展示太阳能无线电发射机；查宾（工程师）、富勒（化学家）、皮尔逊（物理学家）。链接 →（B 级 · 行业媒体/AP，与 ETHW Milestone 交叉）
American Physical Society, “First Practical Silicon Solar Cell”（引《纽约时报》1954-04-26 头版）。NYT 评：电池“may mark the beginning of a new era, leading eventually to the realization of one of mankind’s most cherished dreams—the harnessing of the almost limitless energy of the sun for the uses of civilization.”（引文经 SEIA、pv magazine 等多源逐字交叉确认）。链接 →（B 级 · 学会刊物引一手报纸）
同上 APS “First Practical Silicon Solar Cell” 及多处太阳能成本史。1954 年贝尔硅电池以每瓦计造价高达几百美元量级，地面缺乏经济性，整个 1950 年代后半段困于“物理完美、经济荒谬”。具体单一原始数字未锁定，正文以量级/定性表述承载，未写成精确定论。链接 →（C 级 · 成本数字量级口径）
“Vanguard 1,” Wikipedia；“Timeline of solar cells,” Wikipedia. 1958-03-17（圣帕特里克节）发射先锋 1 号，是美国送上轨道的第二颗人造卫星、首颗太阳能供电卫星；太阳能电池按贝尔授权、由霍夫曼电子（Hoffman Electronics）依陆军通信兵（Signal Corps）规格制造。电池数目“六片”与“四簇/四块面板”两说并存，正文取“约六片分四簇”保留两口径。链接 →（B 级 · 高引百科）
“Hans K. Ziegler,” Wikipedia. 齐格勒为 Fort Monmouth 陆军通信兵研发实验室首席科学家，顶海军质疑力推光伏；留下“a splendid new opportunity to give our solar cells a free ride”（及“considerable weight capacity would remain free”）。海军“uncontrolled and not fully established”为常见史述。链接 →（B 级 · 高引百科）
“Vanguard 1,” Wikipedia. 化学电池供电发射机约十六至二十天（常记约 19 天，1958 年 6 月耗尽）即哑掉；太阳能供电发射机持续工作“超过六年”（Ziegler 条目作“over seven years”，正文取更保守的“约六年”）。链接 →（B 级 · 高引百科）
“Shockley–Queisser limit,” Wikipedia. 1961 年 Shockley 与 Hans-Joachim Queisser 计算单 p-n 结电池效率上限约 33.7%（最优带隙约 1.34 eV，AM1.5）；硅（1.1 eV）实际约 32%。链接 →（B 级 · 高引百科）
Millennium Technology Prize, “Passivated Emitter and Rear Cell (PERC)” / “Q&A with Martin Green”；“Martin Green (professor),” Wikipedia. 格林团队 1983 年提出 PERC；1988 年下半年首块高效 PERC 经认证 21.8%（赵建华），1989 年推到 22.8%（Wang/Zhao，当时硅电池世界纪录）；格林获 2022 年千禧技术奖。链接 →（B 级 · 奖项机构/百科）
Millennium Technology Prize, “Q&A with Martin Green” 及光伏市场份额行业综述。PERC 到 2021 年占全球硅组件产量约 90%—91%（峰值口径）；2022—2024 被 TOPCon 快速取代、PERC 退潮，当下主流已非 PERC。链接 →（C 级 · 行业份额口径，已注明 2021 峰值且 2022 后退潮）
“Shi Zhengrong,” Wikipedia. 施正荣 1992 年在 UNSW 获博士（师从格林，第 12 名博士生）；2001 年回无锡创办尚德电力，无锡市政府约 600 万美元启动资金；2005 年纽交所上市（首家在 NYSE 上市的中国民企）、成中国首富；2013-03-20 尚德因 5.41 亿美元（US$541M）可转债违约宣告破产。链接 →（B 级 · 高引百科）
“LONGi sets 26.81% efficiency record for heterojunction solar cells,” PV Tech（及 LONGi/pv-magazine 系列报道）。隆基 2020 年代硅电池纪录：TOPCon 25.21%、HJT 26.30%（后 26.81%，ISFH 验证）、HBC 27.30%、HIBC 27.81%（均经德国 ISFH 认证）。链接 →（B 级 · 厂商发布+独立认证机构）
“Perovskite solar cell,” Wikipedia（history）。2009 年 5 月宫坂力（Tsutomu Miyasaka）等在 JACS 用有机金属卤化物钙钛矿（CH₃NH₃PbI₃ 等）作染料敏化电池敏化剂，做出 3.8% 电池；因液态电解质溶解钙钛矿，电池仅稳定数分钟。链接 →（B 级 · 高引百科）
M. M. Lee & H. J. Snaith et al., “Efficient Hybrid Solar Cells Based on Meso-Superstructured Organometal Halide Perovskites,” Science 338(6107):643–647 (2012-10)（亦见 Perovskite solar cell 史综述）。2012 年朴南圭与格雷策尔合作用固态 spiro-OMeTAD 替换液态电解质，效率约 9.7%（Scientific Reports）；几乎同时牛津斯奈思独立做出固态钙钛矿电池效率 10.9%（meso-superstructured，Al₂O₃ 支架）。链接 →（A/B 级 · 原始论文+史综述）
“Henry Snaith,” Wikipedia 及 Oxford PV 公开资料；宫坂力诺奖呼声为常见预测性表述。斯奈思在牛津创办 Oxford PV（主攻钙钛矿/硅叠层）；宫坂力一直被视为诺奖热门人选——正文以“被视为…热门人选”软性承载，未写成定论。链接 →（C 级 · 百科+预测性表述）
NREL, “Best Research-Cell Efficiency Chart” 及钙钛矿单结效率综述。到 2024—2025 年钙钛矿单结电池认证效率约百分之二十七，逼近/在某些口径上追平单晶硅。具体认证机构与 NREL 最新证书未逐条核到原始证书文件，正文采用“约百分之二十七（2024-2025）”稳妥表述，未坐实精确小数与单一证书。链接 →（C 级 · 待 NREL 原始证书复核）
“34.85%! LONGi Breaks World Record for Crystalline Silicon-Perovskite Tandem Solar Cell Efficiency Again,” LONGi（及 pv-magazine/PV Tech 报道）。两端钙钛矿/硅叠层理论极限约 43%；隆基 2023-11 做到 33.9%、2024-09 做到 34.6%、再到 34.85%（NREL 认证）；34.85% 为史上第一块经认证、效率超过单结 S-Q 极限（33.7%）的双结叠层电池。链接 →（B 级 · 厂商发布+NREL 认证）
“Swanson’s law,” Wikipedia（名称由《经济学人》2012 年文章叫响）。晶硅光伏组件价格每当累计出货翻一番下降约 20%（学习率约 20%—21.5% 区间）；得名于 SunPower 创始人理查德·斯旺森。链接 →（C 级 · 高引百科/财经媒体）
“Solar photovoltaic panel prices,” Our World in Data；2024 组件价格行业报道（pv-magazine/NREL）。1970 年代初组件价格每瓦 100 美元以上；2024 年初组件均价约每瓦 0.11 美元（Q3 2024 约 $0.10/Wdc），跌幅近千倍。“每瓦 0.2 美元”为 2020—2022 年间某些时点现货价；均价 vs 现货、是否含关税口径有别，年份对应仍有不确定，正文已区分。链接 →（B 级 · 数据库+行业报道）
International Energy Agency, “Solar PV Global Supply Chains — Executive Summary” (2022-07). 多晶硅、铸锭、硅片、电池、组件五环节中国全球份额均超 80%（约为中国自身需求份额两倍多）；在建产能将把前三环节（多晶硅/锭/片）份额推到近 95%；新疆占全球多晶硅产能约 40%；“全球每七块组件就有一块出自同一家工厂”。链接 →（A 级 · IEA 一手报告）
“April 25, 1954: Solar cells become practical”（AP/ABC27）。查宾（工程师）原任务是为偏远电话设备找备用电源，先试硒电池效率不到 1% 几近放弃；富勒（化学家）做半导体扩散掺杂、皮尔逊（物理学家）偶然测得掺杂硅条受光电流远超硒电池；三人由此撞到一起。扩散掺杂为芯片制造基石（本书第 12 章）。链接 →（B 级 · AP/行业媒体）