好好沉淀一下，做點留得下來的工作——訪2023級星友劉文柱 | 今日啟明星

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劉文柱

中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所研究員

作者序

認識劉文柱，是在2023年5月的啟明星計劃頒證交流會上，休息時我和他攀談起來，知道他從事柔性硅太陽電池研究，于是想約他合適的時候采訪。他答應了但希望采訪時間緩一緩，這次交談讓我記住了眼里有光的劉文柱。

這兩年他在《自然》（

Nature

幾十年來首篇在《自然》發(fā)表的單晶硅太陽電池論文

訪談從2023年5月25日《自然》封面文章刊登的劉文柱作為第一兼通信作者的文章引出，這也是當時啟明星頒證交流會上劉文柱讓我等等的背景。當時有報道說“這是幾十年來首篇在《自然》發(fā)表的單晶硅太陽電池方向的長篇研究論文。將單晶硅這種脆性材料做得可以像A4紙那樣折起來，同時工業(yè)尺寸單晶硅太陽電池效率達到24.5%，是當時文獻報道的最高水平”。

晶體硅太陽電池被認為是最為成熟的光伏技術，應用廣泛。但類似《自然》這樣的學術期刊往往更青睞形而上的超越器物和具體應用的學科或基底性技術的成果，如太陽電池領域的鈣鈦礦太陽電池這一層級的躍遷性技術的突破。因此，單晶硅太陽電池成果近幾十年來少見于《自然》雜志。

我知道如劉文柱這樣的研究者已經把國際上相關領域內的頂級刊物研究得很透了，是什么樣的底氣讓他們敢于沖擊《自然》，而且從投稿到“原則性”接收僅用了五個月時間。兩位審稿人的話或許能回答這個疑問：“曲率半徑很小的太陽電池的應用場景，將成為‘游戲規(guī)則’的改變者”“無論從哪個角度該科研工作都是一流的，我認為發(fā)表在《自然》雜志是公正的”。

《中國科學報》在采訪報道中這樣寫道：這是劉文柱從事科研工作的第十年，其研究成果第一次以封面文章形式刊登于《自然》 正刊。論文上線后的一天內，他的微信中塞滿了800多條信息，讓他直呼：“實在沒想到這個研究引起這么高的關注度。”

“古老”產品搭上“柔性”快車

技術突破的背后是問世近70年的硅電池這一“古老”的產品搭上了“柔性”技術的快車，其價值在于使傳統(tǒng)的剛脆、易斷的單晶硅太陽電池變身為高效、輕質、大面積、低成本的柔性單晶硅太陽電池成為可能。

這一底層技術的突破使得太陽電池的市場發(fā)展空間大幅擴張，其應用場景包括地面大規(guī)模光伏電站、分布式光伏、柔性電子、移動通信、建筑、航空航天等領域。劉文柱對此有強烈的直覺和自信：面對這樣一種牽引未來關鍵產業(yè)的底層技術突破，《自然》審稿人不會“看走眼”。《自然》編輯在后面的溝通中要作者提供可用于封面的圖片，劉文柱其實沒有太過激動，或許在他看來一切都是水到渠成。

這一技術源于對單晶硅片很容易碎裂的力學問題的突破。劉文柱所在的中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所的研究團隊針對單晶硅片很容易碎裂的力學問題，提出了一種新的結構設計方案，能使硅片的柔韌性明顯提升。最終，高效、輕質的柔性硅太陽電池得以問世，并進入實際量產線。

此項研究突破的價值在于：利用簡單工藝處理就可制作柔性單晶硅太陽電池，為柔性半導體電子技術應用提供了新的技術路徑。

其優(yōu)勢體現(xiàn)在小曲率半徑可折疊操作即可實現(xiàn)“卷起來”：60微米厚的硅片能完成類似于 A4 紙折疊的動作，最小彎曲半徑小于5毫米，彎曲角度逾360度。

取得“從 0 到1”科研成果突破的同時，團隊還在量產線上成功驗證了工藝放大生產的可行性。相較于傳統(tǒng)的雙玻組件，相關柔性光伏組件的質量功率比值下降了95%以上。目前，這種大面積柔性光伏組件已在臨近空間飛行器、建筑光伏一體化和車載光伏等領域成功應用，并在眾多領域表現(xiàn)出應用潛力，例如空間應用、綠色建筑、便攜式電源等。此外，柔性硅電池還可代替感光材料用作機器人的眼睛，甚至在仿生領域也有應用的可能。

單晶硅電池：一座有待深挖的富礦

這次訪問，劉文柱更想談的是技術突破后的這兩年在擴大柔性單晶硅太陽電池用武之地方面的工作。他希望既能在科研上繼續(xù)有所突破，又能為科研成果產業(yè)化和行業(yè)技術進步帶來真金白銀的收益。如在洶涌而至的老齡化時代，柔性單晶硅太陽電池可以發(fā)揮什么獨特作用。

由于單晶硅太陽電池有足夠的穩(wěn)定性，可以做到像一幅畫一樣卷起來，這樣就打開了它的應用場景：如貼到老年人住房外墻，貼上去就能發(fā)電，能產電就將帶來多種用途。單晶硅太陽電池可以根據(jù)需求定制電壓等參數(shù)，省去中間轉換環(huán)節(jié)。目前已有樣品做到十分穩(wěn)定和輕便，重量是傳統(tǒng)光伏電池的1/20，形狀可以是各種曲面。這在那些電網難以覆蓋的偏遠地區(qū)更有價值，如在偏遠地區(qū)的農場種植大棚蔬菜，這種單晶硅太陽電池就非常好用。

文柱提醒說這些目前還只是他們設想的應用場景，下一步他和團隊就想把這些想法一一實現(xiàn)，讓柔性單晶硅太陽電池真正造福市民日常生活。“社會要什么，我們就去探索什么，并且要密切結合真正的需求和發(fā)展趨勢，而不是沉浸在自己熟悉的領域。”

從追熱點、追風口的角度，問世70年、曾經的大熱門單晶硅電池現(xiàn)已少人問津。盡管熱度不再，但劉文柱認為單晶硅電池領域仍是一座有待深挖的富礦。不過因為前面幾十年這個領域大熱時能做的、能快出成果的大多數(shù)研究有人做了，剩下的都是“難啃的骨頭”。但若能把難啃的骨頭啃下來，那么“老樹發(fā)新芽”的事情極有可能再現(xiàn)，而且?guī)淼耐黄撇粌H在學術上，也可能在技術、工程，乃至產業(yè)經濟上。說到這里，文柱透露他在這個方向上又有一篇沖擊頂刊的論文正在二審中。

好好沉淀，做留得下來的工作

文柱從2020年1月回國到現(xiàn)在快六年時間，圍繞單晶硅方向一共寫了三篇論文，包括一篇2022年《自然》子刊，一篇2023年《自然》正刊，以及正在審稿的文章。從數(shù)量上看，他的產出不高，他也不鼓勵自己的研究生發(fā)很多文章，博士畢業(yè)考核完成指標就可以了。但他對學生的要求是：與其發(fā)一些沒有太大影響的論文，不如好好沉淀一下，做點可以留得下來的工作。

這也是他對自己的要求。因為在他看來真正需要應對的問題不是拍腦袋想出來的，而是產業(yè)界的工程師正在關注的問題。如單晶硅太陽電池的易碎性作為一個典型的力學問題一直是橫亙在走向產業(yè)化之途中一道不易跨越的坎。類似的還有電池電能很容易衰減，產品良率不高等當下工程中真實的問題，能否解決或解決的程度將直接影響經濟效益。

“面對這些工程師提出的他們沒有能力解決的問題，我們要做的就是從這些工程問題中提煉出科學問題，組織隊伍和工程界聯(lián)手，一起去攻關解決。這才是真正的產學研結合。”

——劉文柱

在劉文柱看來，一項技術從實驗室走向產業(yè)要面臨眾多挑戰(zhàn)，對科研人員的韌性要求極高，因為工程問題無所不在，時時產生，新問題會隨時冒出來。盡早發(fā)現(xiàn)問題并能逾越壁壘就會帶來一片新天地。

采訪到這里，其實我還是有點好奇或者說疑問，這個要求學生和自己“好好沉淀，做留得下來的工作”的“90后”年輕人何以能在論文發(fā)表壓力如此大的環(huán)境下還有如此定力。順著采訪進入被訪者的成長經歷，我希望能找到部分答案。

大面積柔性單晶硅太陽電池

柔性單晶硅太陽電池，最小彎曲半徑小于5毫米，彎曲角度逾360度

逐步萌發(fā)開辟新領域的志向

1990年2月出生的劉文柱是安徽鳳陽人，著名的小崗村就在劉文柱所在那個鎮(zhèn)里。文柱爸媽是典型的從事耕作的農民，父母對學業(yè)基本沒有要求，只要他們長大后不再種地。唯一對他們提過要求的就是：踏實工作，不一定要做到最好，有進步就行。文柱小學、初中到高中經常是這樣的情況，一開始不怎么樣，但是到了后期會上升很快。在縣中的高三上學期，他的成績上升明顯，從班里倒數(shù)到數(shù)一數(shù)二，除了語文外其他科目都很好。高考文柱正常發(fā)揮，考進山東大學物理專業(yè)。

但整個本科階段他都感覺比較迷茫，不知道今后朝哪個方向發(fā)展。畢業(yè)時根據(jù)他的學習成績，學校給了本校保研名額，但文柱想考出去。結果如愿考進了上海微系統(tǒng)與信息技術研究所，研究生復試是他第一次來上海。

2012年，文柱到上海微系統(tǒng)所讀研后，導師給了他充分的自由做研究。經過長期積累，與更高水平的人在一起學習探討，他逐漸發(fā)現(xiàn)了很多有趣的研究課題。導師的要求是至少要達到畢業(yè)要求。看似放養(yǎng)式的管理，但其實每個研究生都是對自己有要求的，不會滿足于僅僅達到畢業(yè)的要求，導師也會在關鍵時候給出建議。

“研究生時開啟的這種邊學邊提升認知的過程和方法一直影響著我，到現(xiàn)在也是如此。我也逐步萌發(fā)自己開辟一個領域的想法，只有這樣才有意義。”盡管讀研時就有了“自己能開辟一個領域”的“妄想”，但他非常清楚，目前還只是有這個想法，遠沒有明晰的框架。即使那篇頂刊文章能發(fā)表，也只是某項技術的突破，這與自己所追求的“學科創(chuàng)新”相差好幾個檔次。

比較有意思的是，劉文柱從小學到研究生階段，都有在不同環(huán)境下學習的經歷。小學在鄉(xiāng)村小學和鎮(zhèn)里的小學讀過，初中在家鄉(xiāng)安徽和江蘇徐州讀過，高中和大學是兩個校區(qū)，研究生也是兩個地方。相當于環(huán)境一直在變，居住地也一直在變，不同環(huán)境對人的影響確實是存在的。過往經歷的變化讓文柱抱定“要立足當下，沉下心來，無論環(huán)境如何變化，要真正做一些自己可以做的事”的想法，因為天天抱怨環(huán)境者最終可能一事無成，一件事干成了才會有更多的可能。

“有人在麻省理工學院、哈佛大學，有人在中國科學院，每個人的環(huán)境條件不一樣，唯有立足當下，才能找到希望，發(fā)掘可能。任何一個環(huán)境只要想做，總能做出一點事來，前提是把握好自己的方向。比如現(xiàn)在人工智能來了，能不能立足自身已有的東西，借助這個技術服務于有準備的自己，這是關鍵。”

——劉文柱

生活和實驗安全第一位，成果次之

2025年7月，中國民主促進會會員劉文柱被組織上安排到閔行區(qū)經濟委員會掛職一年，擔任副主任一職。文柱覺得這個角色轉換會幫助自己拓寬視野，從政府和更宏觀的角度來看待企業(yè)的需求。同時，了解重點發(fā)展方向對未來申請項目也有幫助。掛職要求每周在政府待兩天，耽誤的科研文柱得設法補回來。

說起時間管理，文柱現(xiàn)在明顯感到自己的時間安排是個挑戰(zhàn)。除了常規(guī)的科研任務要完成，擔任的行政職務（納米材料與器件實驗室副主任）也需要付出時間。和所有科研院所課題組（實驗室）負責人一樣，他最大的壓力是去爭取資源維持近30個人課題組的運轉，每年保底需要600萬。壓力之下原本不抽煙的他如今煩悶之時也會抽幾口。

但劉文柱不會把壓力傳遞給學生。從學生過來的他非常清楚，要出點工作沒有一兩年時間怎么可能？“我首先要求學生開朗陽光，生活和實驗安全第一位，至于出多少成果那是另一回事。出成果有機遇和運氣的成分，但上面兩點必須保證。”

期盼每周一場球，純粹的熱愛

訪問的后程，我問起文柱的興趣愛好，想不到這一問問出個足球迷。這些年劉文柱對生活的最大盼頭是每周能踢一場球。上海微系統(tǒng)所嘉定分所有很好的足球場，每周他們會與同在嘉定的上海硅酸鹽研究所的老師和學生一起球場見，每次兩小時，三個隊輪換。每周每次兩小時，不是真正的足球愛好者難以堅持。

文柱從高中起就喜歡踢球。“只要有機會，有球場，有小伙伴，到處都踢。在沙特做博士后時我也每周都踢，那里炎熱，大汗淋漓也樂此不疲。就是喜歡，純粹愛好，人是需要有愛好的。”因為這個一直堅持的愛好，讓他收獲了體力、耐力和酣暢淋漓的開心。

訪問最后，已成為我的忘年交朋友的劉文柱說了這樣一段讓我震了一下的話：如果經濟上有能力的話，就想提前退休，讓年輕人上來。我沒有追求更多名利的興趣，只要經濟上沒有壓力了，生活無憂，孩子也成長起來了，自己就想去釣釣魚，打打撲克。如果需要的話，我可以去上上課，講講自己做研究的經驗，供人參考。

2023啟明星頒證交流會留影（劉文柱為前排右一）

以上是我訪問了星友劉文柱后記錄的他與創(chuàng)新的故事及感悟。其實讓我更難忘的還不是他在國際頂刊上發(fā)表的工作，以及他和團隊開創(chuàng)的柔性單晶硅太陽電池技術給人們生活帶來的巨大變化，而是他堅持、堅守的“作為一個科研工作者就是要做一點真正能留得下來、對學科帶來顛覆性突破的工作”的這一追求和他為之的付出。謝謝你，文柱！為你祝福！

-本文刊載于《世界科學》雜志2025年第12期“今日啟明星”欄目-

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