美国科学家Moungii G

10月4日，美国科学家Moungii G. Bawendi，Louis E. 俄罗斯科学家Alexbrus I. Ekimov因“发现并合成量子点”获得2023年诺贝尔化学奖。

Moungi G. Bawendi，他是钙钛矿太阳能电池的专家。2019年，他创造了钙钛矿太阳能电池的第10和第11个效率记录点。《自然》杂志于2021年发表了他通过载流子管理提高钙钛矿太阳能电池性能的研究成果。

▲Moungi G. 麻省理工学院教授Bawendi，Louis E. Brus在哥伦比亚大学工作，Alexei I. Ekimov是纽约纳米晶体技术公司的首席科学家

这次获得诺贝尔奖，Moungi G. Bawendi的贡献主要在于量子点的化学制备。他创新了量子点的化学生产方法，大大提高了量子点的质量，为其在各种应用中的应用铺平了道路。

理论上，量子点有潜力将光伏电池的光转效率极值提高一倍。

早在1997年，西班牙马德里大学的研究小组就计算出量子点光伏电池理论上的光电转换效率上限可达63%；2011年，东京大学纳米量子信息电子研究机构主任荒川泰彦的研究将这一数字提高到75%，是晶硅光伏电池已知理论光电转化效率上限的两倍多。

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一种小型半导体材料

量子点是一种半导体纳米材料。量子点具有巨大的导电性，能吸收比硅材料光谱范围更广的太阳能。因此，在太阳能电池领域应用量子点技术将有助于光伏电池突破更高的能量转化率。

此外，量子点直径通常在1~10纳米之间，以扩展其在柔性光伏电池中的应用。

量子点和钙钛矿是第三代太阳能电池的分类，我们可以在钙钛矿的类比中了解量子点。两者的共同点是，它们都能有效地吸收光，并将其转化为电能。量子点更有想象力的是，量子点可能会颠覆钙钛矿电池“让未来的太阳能电池变得轻薄”中“薄”的概念。钙钛矿涂层厚度约为300~500纳米，量子点直径为1~10纳米。

然而，量子点原料涉及镉（略低于银）等金属，成本昂贵，中国的一些半导体材料主要由美国和日本供应，价格昂贵。数据显示，海外量子点膜价格为80-100美元/平方米，国内量子点膜单价约为60美元/平方米。如果中国点亮量子点科技树，原材料成本可能是一个重要的限制因素。

▲光伏技术分类 信息源：英国研究公司IDTechex

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光伏中的量子点

自1980年首次发现以来，量子点与多个行业的现有技术相结合，在显示器上的应用相对成熟。量子点以扩散板或薄膜的形式附着在LED背板上，可以使显示器呈现出更丰富和华丽的颜色。在光伏领域，量子点于2002年首次应用于太阳能电池领域，其潜力不断提高。

将钙钛矿与量子点技术相结合，将为太阳能电池的转换效率创造更大的突破空间，如：

在钙钛矿电池的研究中，EPFL和韩国能源研究所的研究人员使用氧化锡制成的量子点作为设备的电子传输层，提高了钙钛矿电池的转换效率。

北京通过优化配体溶剂，航空航天大学材料科学与工程学院教授张晓亮获得了更稳定的钙钛矿量子点膜。

也许几年后，钙钛矿量子点太阳能电池可以取代传统的晶硅太阳能电池，成为行业的主流。

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中国量子点

钙钛矿离商业化还有几十年的路要走。与钙钛矿相比，在太阳能电池中使用量子点材料已有100多年的历史。谈论工业化可能更早。目前，中国一直关注量子点技术，并正在增加该技术在半导体领域的应用。

今年6月，浙江大学温州研究所建立了世界上第一条全固态量子点生产线，生产了第一批钙钛矿量子点光扩散板。该产品已应用于液晶显示屏，大大提高了现有液晶显示屏的性能。

今年8月，工业和信息化部、国务院国有资产监督管理委员会发布了《前沿材料产业化重点发展指导目录(第一批)》“量子点材料”是国家工业化重点发展的前沿材料之一。

此外，TCL集团是中国第一家推出量子点显示概念的企业，2016年推出量子点电视。在当年的两届会议上，TCL集团董事长李东表示，量子点显示产品技术相对成熟，在应用中得到了广泛的应用。然而，在光伏领域，TCL集团拥有半导体和光伏双主业驱动的TCL中环最新表示，目前还没有计划将量子点技术转化为光伏产品。

▲TCL、海信、华为、小米等中企已经推出量子点电视 图片来源：苏宁易购截图

目前，量子点在更多领域的应用仍处于早期阶段，根据2022-2026年行业深度市场研究和投资战略建议报告，中国、美国、韩国量子点发光材料（包括显示材料）专利申请最多，相关研究机构和企业主要有美国的MIT、Berkley、QD 中国浙江大学、纳晶科技等Vision等。韩国基本上没有量子点发光材料的核心专利，三星收购了QD Vision布局。

正如中国科学院院士、国家纳米科学中心主任、广东、香港、澳门大湾区国家纳米科技创新研究所创始人赵玉良所说，量子点技术已经发展了50年，但在发展过程中，最需要解决的是工业化问题。