第三代光伏技术绝不是海市蜃楼

在诺贝尔化学奖正式颁布之前，获奖者名单应该严格保密，但发生了泄密事件：在诺贝尔委员会宣布结果之前，他们的名字被内部人士提前泄露给瑞典媒体。这曾经在诺贝尔委员会引起了混乱和恐慌，但幸运的是没有出错。Moungi Bawendi、LouisBrus 和 Alexei Ekimov，这三位科学家因发现和制造量子点而获奖，并将共同分享约100万美元的奖金。

诺贝尔委员会仍在调查谁泄露秘密。然而，人们更热衷于讨论该技术的应用前景——例如，在太阳能领域。事实上，一家光伏企业已经秘密布局。这家公司是美国第一个太阳能，最近介绍了碳号（First Solar）。

2023 MoungiBawendi(中)和哥伦比亚大学的两位科学家Louisdi(中)获得了年度诺贝尔化学奖。 Brus（左）、Alexei Ekimov（右）。

越来越多的可再生能源技术正在用于解决气候危机和能源转型，但毫无疑问，太阳能电池是迄今为止最广泛的商业技术之一。

今年6月19日，量子点太阳能电池技术——“量子点，将成为继钙钛矿之后的太阳能革命性技术？转化效率已超过40%！”。今天，我们试图从工业发展和商业应用的角度进行一些开放的讨论。

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第三代光伏技术绝不是海市蜃楼

自太阳能电池技术发展以来，主要有三代：

（1）第一代 

以单晶硅和多晶硅为代表的第一代硅基太阳能电池已经发展成熟，应用最广泛。然而，存在单晶硅太阳能电池对原材料要求过高、多晶硅太阳能电池生产工艺过于复杂等问题。硅基太阳能至少是未来五年的主流。

（2）第二代 

以薄膜太阳能电池为代表的第二代 CdTe、GaAs 及 CIGS 以太阳能电池为代表的太阳能电池已成为研究热点。与晶硅电池相比，该技术所需的材料较少，易于大规模生产，具有明显的成本优势。但低转换效率是其目前的致命缺陷。

（3）第三代

第三代新型薄膜太阳能电池，基于高效、绿色、先进的纳米技术，如染料敏化太阳能电池（DSSCs）、 钙钛矿太阳能电池（PSCs）量子点太阳能电池（QDSCs）等。这样，我们就可以大致了解量子点太阳能电池技术的位置。量子点似乎离我们很远。但这种想法也可能只是一种错觉，因为我们正处于科技爆炸的前夕。不同领域的科技不再像过去那样在自己的领域相对孤立地发展，它们之间的相互作用和影响也越来越大。例如，谷歌的AI科学家利用AlphaFold在蛋白质结构设计上取得了历史性的飞跃。例如，去年年底，美国的可控核聚变刚刚点火。ChatGPT创始人山姆·奥特曼将其商业化，并宣布微软将在2028年之前率先使用可控核聚变产生的商业电力。不是说至少要等到2050年吗？

在第三代电池技术中，量子点电池的转换效率远低于钙钛矿。但是科技在进步，这些都不是问题。一切都比我们想象的要快。如有必要，量子点太阳能电池可以轻松突破硅基太阳能33%的转换效率天花板。这33%也叫 Shockley-Queiser极限一直是提高太阳能电池性能的长期障碍。2022年12月，基于人工智能的咨询报告平台Reportlinker发布了《全球量子点太阳能电池行业报告》。报告预测，到2030年，全球量子点太阳能电池市场将达到76 亿美元。2022年，美国量子点太阳能电池市场将达到3.578亿美元。作为世界第二大经济体，中国预计到2030年将达到13个市场规模 1亿美元，年复合增长率为24.6%。其他值得注意的地区市场包括日本和加拿大，预计将在2022年 年至2030年，分别增长22% 和21.8%。在欧洲，德国的年复合增长率预计约为 17.9%。

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第一太阳能已经秘密布局

UbiQD首席产品官Matttttttttt Bergren 手里拿着公司生产的量子点光伏玻璃

在美国新墨西哥州，有一个名字叫Ubiquitous Quantum Dots(简称UbiQD ，从2014年开始研究量子点太阳能技术的公司直译为：量子点无处不在），至今已近10年。

今年8月，UbiQD 美国第一太阳能，世界上最大的薄膜太阳能电池制造商（First Solar Inc.）签署了一项新的“联合开发协议”。该协议可能很快使这家小型初创公司成为量子点技术的大型供应商。

值得我们光伏人关注的是，第一太阳能对这种合作的具体内容非常谨慎，没有公开讨论其战略、计划和意图，并在本协议中对UbiQD进行了讨论 可披露的内容受到严格限制。事实上，在 8 月 15 在日本的公告中，该公司只表示对 UbiQD 对技术的“潜在用途”感兴趣。

事实上，自2022年初以来，第一太阳能和UbiQD UbiQD的技术不仅可以提高第一太阳能电池板的效率，而且可以很容易地集成到公司的制造基地。

在晶硅电池的绝对主流中，美国第一太阳能是另类存在。第一种太阳能主要是在玻璃或塑料板上涂一层薄薄的铌化镉，以制造太阳能电池和组件。其实这个过程比制造晶硅电池容易，过程简单，成本低。但转换效率一直是第一太阳能的致命瓶颈。现在，First Solar正在探索使用量子点来实现这一目标。目前，第一太阳能仍有工作要做，将UbiQD量子点膜完全集成到电池制造过程中，但这不需要改变以前的生产过程。

UbiQD 创始人兼首席执行官 Hunter Mcdaniel

此前，UbiQD 创始人兼首席执行官 Hunter Mcdaniel曾表示：“第一太阳能目前使用聚合物薄膜来保护太阳能电池，并将其粘合在面板上。根据扩产计划，我们可能需要多达供应 10 满足1亿平方英尺(量子点)材料的需求 First Solar的需求，我们还没有这样的产能，所以我们正在研究如何扩大产能。”

UbiQD目前在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯有9000 只有28平方英尺的工厂 名员工。

UbiQD正在生产什么产品？让我们从光伏之外的一个有趣的例子开始。量子点可以成为欺骗植物感情的大师。

该公司已在美国和其他国家销售应用量子点技术的温室作物覆盖物。这种点状膜将阳光转化为红橙色光谱，模仿夏末的阳光。这通常是一年中植物生长最旺盛的时期，因为它会让植物误以为冬天即将来临，所以它会生长得更快。广泛的测试和应用表明，这种方法可以将温室植物的产量提高20%甚至更高。该公司现在正准备在今年秋天为更多的温室推出完整的屋顶覆盖产品。

在光伏发电方面，UbiQD在窗户上部署了量子点太阳能薄膜，将窗户转换为自发电结构。该技术已部署在新墨西哥州和其他州的许多地方，包括南达科他州埃尔斯沃斯空军基地的一栋建筑上。

UbiQD去年除了与第一太阳能合作外，还与加拿大太阳能电池板制造商合作——Heliene Inc. 签署合作伙伴关系，将量子点薄膜集成到温室中 在Heliene面板产品中，既能加速植物作物的生长，又能利用太阳能发电，真正的农光互补，一举两得。

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中国科学家也在努力量子点

昆士兰大学王连舟教授、丁珊珊、郝萌萌、白杨博士分别是研究团队。

<p style="text-indent: 2em; font-weight: 400; padding: 0px; width: 100%; line-height: 30px; font-size: 16px; font-family: 微软雅黑, 'Microsoft YaHei';据科技新闻网站ScitechDaily报道，2020年2月，昆士兰大学华裔科学家王连舟团队开发的量子点太阳能电池可以制成柔性薄膜，即使在弱光条件下也可以发电。这意味着下一代太阳能技术的发展迈出了一大步，可以用作硬表面的柔性“皮肤”。

昆士兰大学的研究人员利用被称为“量子点”的小纳米粒子，创造了将太阳能转化为电能的世界纪录。当太阳能电池装置暴露在太阳能中时，这种纳米粒子相互传输电子并产生电流。

王连舟教授说，传统的太阳能技术使用刚性和昂贵的材料。”大学开发的新量子点是灵活的和可打印的，”他说。这开辟了广泛的潜在应用程序，包括为汽车、飞机、家庭和可穿戴技术提供透明皮肤的可能性。

王教授说：“新一代量子点与更便宜的大规模印刷技术兼容。”与以往的世界纪录相比，我们的效率提高了近乎 25%，这一点非常重要。这实际上是量子点太阳能电池技术令人兴奋的‘前景’和商业可行性的区别。”

2022年12月22日，据《科技日报》报道，南开大学化学学院院士袁明健与加拿大多伦多大学爱德华·萨金特教授研究小组合作，围绕高性能半导体量子点固体合成面临的关键科学问题，开发了高性能导电钙钛矿量子点固体膜制备的新策略，实现了多材料、跨尺寸钙钛矿三原色电致发光器件的可控结构。近日，《自然》发表了相关研究成果。

“自然”对研究成果给予了高度评价：“这项工作为钙钛矿量子点的合成和应用提供了一个高度普遍和准确可控的新例子。更重要的是，该策略以固体薄膜的形式实现了这一点，这是电致器件制造的必要组成部分。多年来，相关领域的发展一直受到限制，因为之前无法获得足够小的高质量导电量子点固体。本研究以一种普遍的方式妥善解决了这一问题，是该领域的重大突破。”

编审：侦碳

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