距宮崎機場驅車約30分鐘的宮崎縣國富町，因安裝了太陽能電池板的住宅的比例在日本名列前茅而聞名。在這座光伏發電的“圣城”里，坐落著Solar Frontier公司（東京都港區）的國富工廠。這座工廠的太陽能電池板年產能為900兆瓦，相當于日均生產太陽能電池板約1.5萬枚。一座工廠便擁有如此之大的生產規模，這在日本國內乃至全世界都是最大級別。在大約40萬平方米的廠區內，坐落著兩棟巨型建筑，一棟用作工廠，另一棟用作倉庫。這兩棟建筑的屋頂上，都鋪滿了太陽能電池板，總輸出功率高達4兆瓦（圖1）。

圖1：國富工廠廠房屋頂設置的百萬瓦級光伏電站（攝影：日經BP）

3座工廠總年產能力達到1吉瓦

Solar Frontier生產的太陽能電池板被稱為“CIS型太陽能電池”。晶體硅型太陽能電池采用的半導體是利用晶體硅（Si）制造，而CIS型太陽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能電池板相比，這種電池的轉換效率雖然低幾個百分點，但高溫時的發電損耗低，發電量相對較高，相繼為日本國內百萬瓦級光伏電站所采用。除國富工廠外，Solar Frontier在宮崎縣還擁有兩處生產基地。三座工廠相加，年產規模達到1000兆瓦（1吉瓦）。2010年年產僅為60兆瓦，與之相比，生產能力在3年間激增到了15倍以上。在CIS型太陽能電池生產商之中，該公司的生產能力已經攀上了世界第一的寶座。

國富工廠擁有約800名員工，其中約600人工作在生產線上。約150人為一個班組，四班兩倒，24小時生產。這座工廠原本是日立制作所集團企業運營的平板顯示器工廠。但由于業務收益惡化，工廠停產，2009年，日立將其轉讓給了Solar Frontier。轉讓還包括了工廠建筑和負責生產管理的約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，構筑起現在的生產體制，到2012年7月日本開始實行可再生能源電力固定價格收購制度（FIT）時，該公司已建立起了“百萬瓦級光伏電站時代”的電池板供應體制。回顧當時，國富工廠廠長掛川一樹說：“我們之所以能夠在短時間內啟動如此大規模的太陽能電池板生產設備，并且成功使生產步入軌道，是因為除了制造電池板的生產管理設備之外，還得到了大量擁有生產管理經驗的人才，這是重要因素。”

生產工序基本實現自動化

在工廠的生產線上，有兩個班組、約300名工人負責操作，從參觀生產線的印象來說，員工稀稀疏疏，對于1天生產1.5萬枚電池板的現場而言，人數之少令人驚訝。這是因為，生產工序基本實現了自動化。從機器人搬起玻璃基板將之固定在流水線上開始（圖2），全部是生產線流水作業。基板隨傳送帶移動，逐一通過各種制造裝置，逐步形成電極構造（圖3）。完成的電池板被放置在自動傳送機上，運送到巨大的堆放場存放。生產線上的半成品和倉庫中的成品的情況由管理生產工藝和庫存的計算機系統統一掌握。在日本國產太陽能電池板中，Solar Frontier的產品成本競爭力最強，這已經成為其得到廣泛采用的因素之一。而這樣的成本競爭力得以實現，靠的正是徹底實現自動化的生產線。那么，在生產線上，人究竟發揮著什么作用？除了管理工作機器人之外，多數人員的工作是檢查產品質量。從事生產的一個班組、約150人中，約有100人是質檢員。

圖2：把玻璃基板固定在生產線上的機器人（攝影：日經BP）

圖3：形成了電極的玻璃基板（攝影：日經BP）

CIS型太陽能電池生產工序的流程是，在玻璃基板上利用半導體材料形成電極構造，接著在表面覆蓋保護玻璃，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，也要隨時隨地利用傳感器和肉眼檢查質量。而且還要定期抽檢產品，測試耐壓性和絕緣性等。掛川廠長說：“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抽檢。”

圖4：安裝好隔離板，即將完工的CIS型太陽能電池（攝影：日經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工藝難以實現薄膜等的均質化，成品率較低，容易成為阻礙生產的課題。對此，掛川廠長說：“我們研究設計了能夠同時提高轉換效率和生產效率的生產工藝，在每次擴大生產規模的時候，分階段進行了采用。通過隨時將質檢的結果反饋到生產工藝之中，使工藝與質量管理掛鉤，成功將次品率降低到了PPM（百萬分之1）的水平。”他強調說，能夠做到這一點的大前提是，“從半導體材料到電池板都由一家工廠一條龍生產的優勢”。

另一方面，CIS太陽能電池與晶體硅型相比，在量產化的太陽能電池中還是一項新技術，因此有人擔憂這種電池“是否真的能夠維持發電性能20年”。作為薄膜太陽能電池的一種，非晶硅型在投入使用后，容易出現光劣化導致功率降低的課題，因此同為薄膜型的CIS型自然也容易受到質疑。但現已證實，CIS型暴露在陽光之下，發電性能反而會漸漸超過額定輸出功率，并不存在光劣化的現象。日本國內采用CIS型太陽能電池的百萬瓦級光伏電站也頻頻傳出設置后輸出功率超過額定的捷報，這成為了CIS型口碑上升的一個因素。

那么，長期耐久性又是如何？在Solar Frontier位于神奈川縣厚木市的研究所中，設置于2003年的CIS型太陽能電池歷經10年的歲月，發電性能依然與當初不相上下。掛川廠長表示：“化合物半導體的分子構造不會被光破壞，單元永遠具備發電性能。”其他有可能導致劣化的因素還有隔離板、密封材料（EVA）等有機構件，這是晶體硅型也同樣存在的課題。但晶體硅型太陽能電池的歷史悠久，已經出現了設置超過20年的案例，研究人員正在通過對現場的劣化情況實施評價和分析，開發具有高度重現性的加速試驗方法。對于作為新技術的CIS型太陽能電池，此類高度可靠的加速試驗方法的開發也將成為今后亟待解決的課題。