硅材料國家重點實驗室為浙江第一個國家重點實驗室

   浙江第一個國家重點實驗室—硅材料國家重點實驗室位于浙江大學(xué)玉泉校區(qū)，1985年建成的高純硅及硅烷國家重點實驗室，這也是國內(nèi)最早一批國家重點實驗室，是國內(nèi)該領(lǐng)域基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)和人才培養(yǎng)的主要基地之一。
　　
　走進浙江大學(xué)玉泉校區(qū)新橋門，在第一個路口右拐，一直朝北走到底，你會看到一個單獨的院落，里面有寥寥幾幢二層高的樓房，看上去普普通通。
　　
　但內(nèi)行人知道，這里坐落的是浙大及浙江省第一個國家重點實驗室——硅材料國家重點實驗室。1985年，在浙江大學(xué)半導(dǎo)體材料研究所的基礎(chǔ)上，原國家計委批準建設(shè)硅材料國家重點實驗室(原名高純硅及硅烷國家重點實驗室)。這是國內(nèi)最早一批國家重點實驗室。

　目前，實驗室以硅材料及半導(dǎo)體材料為核心，重點研究半導(dǎo)體硅材料、半導(dǎo)體薄膜材料、復(fù)合半導(dǎo)體材料以及功能材料微納結(jié)構(gòu)，是國內(nèi)該領(lǐng)域基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)和人才培養(yǎng)的主要基地之一。
　　
　眾所周知，硅被廣泛應(yīng)用在各種電子科技產(chǎn)品中，是信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料。因此，它的產(chǎn)量和技術(shù)水平，從一個方面也標志了一個國家的電子工業(yè)水平。同時，它也是太陽能電池的主要材料，支撐了太陽能光伏高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
　　
　硅晶體體積增大，純度提高
　　
　太陽能發(fā)電將走入平常人家
　　
　走進實驗室的院子，你會看到院子里的一塊電子屏幕上，時刻滾動著“歡迎參觀硅材料國家重點實驗室”這行字。這種電子字幕太常見了，一般人很容易忽視它的存在。
　　
　但實驗室的這塊電子屏卻是內(nèi)藏玄機。支撐它日夜運轉(zhuǎn)的電能，是由太陽能轉(zhuǎn)化而來的，而其中最大的功臣，就是晶體硅制成的太陽能電池。這是硅材料一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域。
　　
　在國家重點實驗室主任、浙大半導(dǎo)體材料研究所所長楊德仁教授的辦公室里，這種太陽能電池隨處可見。
　
　辦公室墻上掛著一塊用畫框裱起來的晶體硅太陽能電池。這是德國高科技企業(yè)肖特集團(SchottAG)邀請他作報告時贈予的。茶幾上放著一個小裝飾品，這是國際上最大的多晶硅材料生產(chǎn)企業(yè)協(xié)鑫中能公司贈送給他的，只要直接暴露在太陽光下，其中的太陽能電池就會帶動風(fēng)車的葉片旋轉(zhuǎn)。
　　
　楊德仁說，目前約90%的太陽能發(fā)電都要依賴于硅材料，它可被稱作“新能源的戰(zhàn)略材料”，在開發(fā)清潔的新能源上將大有作為。
　　
　實驗室院子里那塊屏幕只是一個小范圍的使用。楊德仁舉了另一個例子，杭州火車東站的屋頂上，就鋪滿了晶體硅太陽能電池，為杭州東站提供源源不斷的電力。
　　
　開發(fā)太陽能電池有兩個關(guān)鍵問題，降低成本和提高轉(zhuǎn)換效率。
　　
　通常的晶體硅太陽能電池，是在高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上切割而成。楊德仁說，硅晶體材料的體積越大，制成的太陽能電池的成本就會降低。
　
　道理很簡單，比如一個小鍋做的飯夠3個人吃，那給30個人做飯就需要做10次。但如果換成一個能做10個人飯量的大鍋，就只需要做3次，節(jié)約了時間和能源。
　　
　硅材料國家重點實驗室的一項工作，就是研究怎么讓硅晶體材料的體積更大。對太陽能電池所用的鑄造多晶硅晶體而言，目前單一晶體爐生長的晶體可以分割成6×6=36個晶錠；如果生長的硅晶體體積增大，增大到可以切成7×7=49塊晶錠，甚至8×8=64塊晶錠，材料成本、時間成本、人工成本和電力成本都會大幅降低，最終會導(dǎo)致太陽能電池成本的降低。
　　
　硅晶體體積增大的這個過程中，會遇到一系列技術(shù)難題，比如體積增大后，晶體材料內(nèi)部熱應(yīng)力大，容易開裂等，此類難題，實驗室的研究人員需要一一攻克。
　　
　提高硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，也可以通過提高硅晶體純度，減少雜質(zhì)來實現(xiàn)。目前，實驗室能達到的純度是多少呢？楊德仁的回答是，99.9999999%，小數(shù)點后7個9。
　
　這個純度，在外人看來四舍五入就是100%了。但實驗室的研究人員依然在想辦法，把純度再提高一點。
　　
　這一切的努力，都是為了降低太陽能的使用成本，讓它性價比更高，從而跨入綠色能源時代。楊德仁說，現(xiàn)在太陽能發(fā)一度電的成本在0.7元左右，如果成本能降到0.3元，那在中國的絕大部分地區(qū)，將比煤電還要便宜。
　　
　重視產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合
　　
　培育硅材料龍頭企業(yè)
　　
　由于硅材料的應(yīng)用極其廣泛，所以實驗室產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的特點非常突出。
　　
　前實驗室主任闕瑞麟院士和同事們創(chuàng)建實驗室之初，就有一個堅定的信念，自己的研究一定要有應(yīng)用，要對國家的半導(dǎo)體硅材料產(chǎn)業(yè)有促進作用。
　　
　其實，早在國家重點實驗室尚未成立時，半導(dǎo)體材料研究所就已經(jīng)開始產(chǎn)業(yè)化的探索，建立了產(chǎn)業(yè)基地，將科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。上世紀70年代，研究所創(chuàng)辦了浙大半導(dǎo)體廠，是當時浙大8家校辦工廠之一。
　　
　楊德仁說，國內(nèi)大部分領(lǐng)先的硅材料企業(yè)都有國家資金的扶持。浙大半導(dǎo)體廠則是在完全沒有任何國家投資的情況下，成長為硅材料領(lǐng)域的龍頭企業(yè)的。“這也是唯一一家由校辦工廠走出來的硅材料企業(yè)。”
　　
　強大競爭力背后的秘密依然是領(lǐng)先的技術(shù)。楊德仁說，當時他們生產(chǎn)的硅產(chǎn)品常常賣得比別的企業(yè)都貴，但偏偏客戶都愿意要，原因就是質(zhì)量好。到了上世紀90年代中期，工廠的主要產(chǎn)品直拉硅單晶因為生產(chǎn)量大，在當時被冠上“中華之最”的頭銜。
　　
　研究所研發(fā)的半導(dǎo)體高純氣體硅烷，也深受企業(yè)歡迎。由于制作高純度硅材料需要用到高純度的硅烷氣體，研究所就先開發(fā)了一套制造高純度硅烷氣體的辦法。當時，這套技術(shù)被推廣到國內(nèi)的多家相關(guān)企業(yè)。
　　
　1998年，浙江大學(xué)第一家上市公司浙大海納成立，其主體部分之一就是硅材料國家重點實驗室培育出來的浙大半導(dǎo)體廠。