文|趕碳號

本屆諾貝爾化學獎在正式頒布前，獲獎人員名單本應嚴格保密，卻出現了泄密事件：在諾貝爾委員會宣布結果以前，他們的名字就被內部人士提前泄露給了瑞典的媒體。這在諾貝爾委員會一度引發了混亂和恐慌，不過幸好沒有搞錯。Moungi Bawendi、Louis Brus 和 Alexei Ekimov，這三位科學家因發現和制造量子點而獲獎，并將共同分享大約100萬美元的獎金。

究竟是誰泄密的，諾貝爾委員會仍在調查，不過，人們更熱衷于討論該項技術的應用前景——比如在太陽能領域。其實，有一家光伏企業已經秘密布局。這家企業，就是趕碳號最近重點介紹過的——美國第一太陽能（First Solar）。

越來越多的可再生能源技術正在被應用于解決氣候危機與能源轉型，但毫無疑問，太陽能電池是迄今為止最廣泛商業化的技術，沒有之一。

今年6月19日，趕碳號以較大篇幅介紹了量子點太陽能電池技術——《量子點，將成為繼鈣鈦礦之后的太陽能革命性技術？轉化效率已超40%！》。今天，我們試圖從產業發展與商業應用的角度，做一些開放式討論。

01、第三代光伏技術，絕非海市蜃樓

太陽能電池技術發展至今，主要有三代：

（1）第一代

第一代以單晶硅、多晶硅為代表的硅基太陽能電池，目前該技術已經發展成熟且應用最為廣泛。但存在單晶硅太陽能電池對原料要求過高，以及多晶硅太陽能電池生產工藝過于復雜等問題。硅基太陽能至少在未來五年都是主流。

（2）第二代

第二代以薄膜太陽能電池為代表，以 CdTe、GaAs 及 CIGS 為代表的的太陽能電池成為研究熱點。該技術與晶硅電池相比，所需材料較少且容易大面積生產，成本方面優勢較明顯。但轉化效率低是其當前的致命缺陷。

（3）第三代

第三代基于高效、綠色環保和先進納米技術的新型薄膜太陽能電池，如染料敏化太陽能電池（DSSCs）、 鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）和量子點太陽能電池（QDSCs）等。

這樣，我們就大致可以了解量子點太陽能電池技術所處的位置。看上去量子點離我們仿佛很遠。但這種想法也有可能只是一個錯覺，因為我們正處于科技大爆炸的前夜。不同領域的科學技術不再像過去那樣，在自己的領域里相對孤立地發展，它們之間的相互作用與影響已經越來越大。

比如，谷歌的AI科學家利用AlphaFold在蛋白質結構設計方面取得歷史性的跨越。比如，去年底美國的可控核聚變才剛剛點火成功，ChatGPT的創始人山姆·奧特曼將其商業化，宣布在2028年之前會讓微軟率先用上由可控核聚變所發的商業電力。不是說好至少要等到2050年嗎？

目前，在第三代電池技術中，量子點電池的轉換效率比鈣鈦礦低不少。但科技在進步，這些都不是問題。一切都比我們想象得要快，如果需要，量子點太陽能電池能輕而易舉地突破硅基太陽能的33%轉換效率天花板。這個33%又被稱為 Shockley-Queisser極限，一直是提高太陽能電池性能的長期障礙。

2022年12月，基于人工智能的咨詢報告平臺——ReportLinker發布《全球量子點太陽能電池行業》報告。

報告預測，到2030年全球量子點太陽能電池市場將達到76 億美元。其中，美國量子點太陽能電池市場在2022年將達到3.578億美元。中國作為世界第二大經濟體，預計到2030年市場規模將達到13 億美元，年復合增長率為24.6%。其他值得注意的區域市場還包括日本和加拿大，預計在2022 年至2030年期間分別增長22% 和21.8%。在歐洲，德國的年復合增長率預計約為 17.9%。

02、第一太陽能，已秘密布局

在美國新墨西哥州，有一家名字叫Ubiquitous Quantum Dots（簡稱UbiQD ，直譯為：無處不在的量子點）的公司，從2014上就在研究量子點太陽能技術，迄今已近10年。

今年8月，UbiQD 與全球最大的薄膜太陽能電池制造商——美國第一太陽能（First Solar Inc.）簽署了一項新的“聯合開發協議”。該協議可能很快讓這家規模尚小的初創公司，成為量子點技術的大規模供應商。

值得我們光伏人關注的是，第一太陽能對這項合作的具體內容非常謹慎，并沒有就此公開討論其戰略、計劃和意圖，并且還在該項協議中對UbiQD 可以透露的內容進行了嚴格限制。事實上，在 8 月 15 日的公告中，該公司僅表示對 UbiQD 技術的“潛在用途”感興趣。

而實際上，自2022年初以來，第一太陽能就和UbiQD 一直在秘密合作，以證明UbiQD的技術不僅可以提高第一太陽能電池板的效率，而且可以相當輕松地集成到該公司的制造基地中。

在晶硅電池的絕對主流中，美國第一太陽能是一個另類存在。第一太陽能主要是在玻璃或塑料板上涂上一層薄薄的碲化鎘，來制造太陽能電池和組件。該工藝其實比制造晶硅電池更容易，工序簡單，成本也更低。但是，碲化鎘薄膜電池的轉換效率一直是第一太陽能的致命瓶頸。現在，First Solar正在探索使用量子點來實現這一目標。目前，第一太陽能要完全將UbiQD的量子點薄膜集成到碲化鎘薄膜電池制造工藝之中，仍然有工作要做，但這并不需要改變以前的生產流程。

此前，UbiQD 創始人兼首席執行官 Hunter Mcdaniel曾表露：“第一太陽能目前使用聚合物薄膜來保護太陽能電池并將其粘合在面板中。根據其擴產計劃，我們可能需要供應多達 10 億平方英尺的（量子點）材料來滿足 First Solar的需求，我們現在還沒有這樣的產能，所以我們正在研究如何擴產。”

UbiQD目前在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯擁有一座9,000 平方英尺的工廠，只有28 名員工。

UbiQD正在生產什么產品呢？先舉一個光伏之外的有趣例子。量子點居然可以成為欺騙植物感情的高手。

該公司目前已經在美國和其他國家，銷售應用量子點技術的溫室作物覆蓋物。這種點狀薄膜將陽光轉變為紅橙色光譜，在一年中都在模仿夏末的陽光。這通常是一年中植物生長最旺盛的時期，因為這會讓植物誤以為冬天即將來臨，因此就會生長得更快。廣泛的測試和應用表明，這個辦法居然可以將溫室植物的產量提高20%甚至更高。該公司現在正準備在今年秋天為更多溫室推出完整的屋頂覆蓋產品。

在光伏發電方面，UbiQD已經在窗戶上部署了量子點太陽能薄膜，從而將窗戶轉變為自發電結構。該技術現已部署在新墨西哥州和其他州的許多地方，包括南達科他州埃爾斯沃斯空軍基地的一棟建筑上。

除與第一太陽能合作之外，去年UbiQD還與加拿大太陽能電池板制造商——Heliene Inc. 簽署了合作伙伴關系，將其生產的量子點薄膜集成到溫室的 Heliene面板產品中，既能加速植物作物生長，又能利用太陽能發電，真正的農光互補，一舉兩得。

03、量子點，華人科學家也在發力

據科技新聞網站SciTechDaily報道，2020年2月，美國昆士蘭大學華裔科學家王連舟團隊開發出的量子點太陽能電池，可以制成柔性薄膜，即使在弱光條件下也可以發電。這意味著下一代太陽能技術的開發向前邁進了一大步，該技術有可能用作堅硬表面上的柔性“皮膚”。

昆士蘭大學的研究人員通過使用被稱為“量子點”的微小納米粒子，創造了將太陽能轉化為電能的世界紀錄，這種納米粒子在太陽能電池裝置中暴露于太陽能時在彼此之間傳遞電子并產生電流。

王連舟教授表示，傳統的太陽能技術使用剛性、昂貴的材料。“該大學開發的新型量子點具有靈活性和可打印性，”他說。“這開辟了廣泛的潛在應用，包括將其用作透明皮膚為汽車、飛機、家庭和可穿戴技術提供動力的可能性。

“新一代量子點與更便宜的大規模可印刷技術兼容，”王教授說。“與之前的世界紀錄相比，我們實現的效率提高了近 25%，這一點非常重要。這實際上是量子點太陽能電池技術令人興奮的‘前景’和商業可行性之間的區別。”

2022年12月22日，據《科技日報》報道，南開大學化學學院袁明鑒研究員、陳軍院士帶領的科研團隊與加拿大多倫多大學愛德華·薩金特教授課題組合作，圍繞高性能半導體量子點固體合成中面臨的關鍵科學問題，發展了高性能導電鈣鈦礦量子點固體薄膜制備全新策略，實現了多材料、跨尺寸的鈣鈦礦三原色電致發光器件的可控構筑。相關研究成果近日發表在《自然》上。

《自然》對于該研究成果給予高度評價：“這項工作為鈣鈦礦量子點合成及應用提供了一種具有高度普適性及精確可控性的全新范例。更為重要的是，該策略以固體薄膜的形式實現了這一點，而這是電致器件制造所必須的組成部分。由于此前無法獲得足夠小的高質量導電量子點固體，相關領域的發展多年來一直受到制約。這項研究以一種普適的方式妥善地解決了這個問題，是這一領域的重大突破。”

編審：偵碳