文|赶碳号

本届诺贝尔化学奖在正式颁布前，获奖人员名单本应严格保密，却出现了泄密事件：在诺贝尔委员会宣布结果以前，他们的名字就被内部人士提前泄露给了瑞典的媒体。这在诺贝尔委员会一度引发了混乱和恐慌，不过幸好没有搞错。Moungi Bawendi、Louis Brus 和 Alexei Ekimov，这三位科学家因发现和制造量子点而获奖，并将共同分享大约100万美元的奖金。

究竟是谁泄密的，诺贝尔委员会仍在调查，不过，人们更热衷于讨论该项技术的应用前景——比如在太阳能领域。其实，有一家光伏企业已经秘密布局。这家企业，就是赶碳号最近重点介绍过的——美国第一太阳能（First Solar）。

越来越多的可再生能源技术正在被应用于解决气候危机与能源转型，但毫无疑问，太阳能电池是迄今为止最广泛商业化的技术，没有之一。

今年6月19日，赶碳号以较大篇幅介绍了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40%！》。今天，我们试图从产业发展与商业应用的角度，做一些开放式讨论。

01、第三代光伏技术，绝非海市蜃楼

太阳能电池技术发展至今，主要有三代：

（1）第一代

第一代以单晶硅、多晶硅为代表的硅基太阳能电池，目前该技术已经发展成熟且应用最为广泛。但存在单晶硅太阳能电池对原料要求过高，以及多晶硅太阳能电池生产工艺过于复杂等问题。硅基太阳能至少在未来五年都是主流。

（2）第二代

第二代以薄膜太阳能电池为代表，以 CdTe、GaAs 及 CIGS 为代表的的太阳能电池成为研究热点。该技术与晶硅电池相比，所需材料较少且容易大面积生产，成本方面优势较明显。但转化效率低是其当前的致命缺陷。

（3）第三代

第三代基于高效、绿色环保和先进纳米技术的新型薄膜太阳能电池，如染料敏化太阳能电池（DSSCs）、 钙钛矿太阳能电池（PSCs）和量子点太阳能电池（QDSCs）等。

这样，我们就大致可以了解量子点太阳能电池技术所处的位置。看上去量子点离我们仿佛很远。但这种想法也有可能只是一个错觉，因为我们正处于科技大爆炸的前夜。不同领域的科学技术不再像过去那样，在自己的领域里相对孤立地发展，它们之间的相互作用与影响已经越来越大。

比如，谷歌的AI科学家利用AlphaFold在蛋白质结构设计方面取得历史性的跨越。比如，去年底美国的可控核聚变才刚刚点火成功，ChatGPT的创始人山姆·奥特曼将其商业化，宣布在2028年之前会让微软率先用上由可控核聚变所发的商业电力。不是说好至少要等到2050年吗？

目前，在第三代电池技术中，量子点电池的转换效率比钙钛矿低不少。但科技在进步，这些都不是问题。一切都比我们想象得要快，如果需要，量子点太阳能电池能轻而易举地突破硅基太阳能的33%转换效率天花板。这个33%又被称为 Shockley-Queisser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《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。其中，美国量子点太阳能电池市场在2022年将达到3.578亿美元。中国作为世界第二大经济体，预计到2030年市场规模将达到13 亿美元，年复合增长率为24.6%。其他值得注意的区域市场还包括日本和加拿大，预计在2022 年至2030年期间分别增长22% 和21.8%。在欧洲，德国的年复合增长率预计约为 17.9%。

02、第一太阳能，已秘密布局

在美国新墨西哥州，有一家名字叫Ubiquitous Quantum Dots（简称UbiQD ，直译为：无处不在的量子点）的公司，从2014上就在研究量子点太阳能技术，迄今已近10年。

今年8月，UbiQD 与全球最大的薄膜太阳能电池制造商——美国第一太阳能（First Solar Inc.）签署了一项新的“联合开发协议”。该协议可能很快让这家规模尚小的初创公司，成为量子点技术的大规模供应商。

值得我们光伏人关注的是，第一太阳能对这项合作的具体内容非常谨慎，并没有就此公开讨论其战略、计划和意图，并且还在该项协议中对UbiQD 可以透露的内容进行了严格限制。事实上，在 8 月 15 日的公告中，该公司仅表示对 UbiQD 技术的“潜在用途”感兴趣。

而实际上，自2022年初以来，第一太阳能就和UbiQD 一直在秘密合作，以证明UbiQD的技术不仅可以提高第一太阳能电池板的效率，而且可以相当轻松地集成到该公司的制造基地中。

在晶硅电池的绝对主流中，美国第一太阳能是一个另类存在。第一太阳能主要是在玻璃或塑料板上涂上一层薄薄的碲化镉，来制造太阳能电池和组件。该工艺其实比制造晶硅电池更容易，工序简单，成本也更低。但是，碲化镉薄膜电池的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，第一太阳能要完全将UbiQD的量子点薄膜集成到碲化镉薄膜电池制造工艺之中，仍然有工作要做，但这并不需要改变以前的生产流程。

此前，UbiQD 创始人兼首席执行官 Hunter Mcdaniel曾表露：“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中。根据其扩产计划，我们可能需要供应多达 10 亿平方英尺的（量子点）材料来满足 First Solar的需求，我们现在还没有这样的产能，所以我们正在研究如何扩产。”

UbiQD目前在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯拥有一座9,000 平方英尺的工厂，只有28 名员工。

UbiQD正在生产什么产品呢？先举一个光伏之外的有趣例子。量子点居然可以成为欺骗植物感情的高手。

该公司目前已经在美国和其他国家，销售应用量子点技术的温室作物覆盖物。这种点状薄膜将阳光转变为红橙色光谱，在一年中都在模仿夏末的阳光。这通常是一年中植物生长最旺盛的时期，因为这会让植物误以为冬天即将来临，因此就会生长得更快。广泛的测试和应用表明，这个办法居然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温室推出完整的屋顶覆盖产品。

在光伏发电方面，UbiQD已经在窗户上部署了量子点太阳能薄膜，从而将窗户转变为自发电结构。该技术现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。

除与第一太阳能合作之外，去年UbiQD还与加拿大太阳能电池板制造商——Heliene Inc. 签署了合作伙伴关系，将其生产的量子点薄膜集成到温室的 Heliene面板产品中，既能加速植物作物生长，又能利用太阳能发电，真正的农光互补，一举两得。

03、量子点，华人科学家也在发力

据科技新闻网站SciTechDaily报道，2020年2月，美国昆士兰大学华裔科学家王连舟团队开发出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开发向前迈进了一大步，该技术有可能用作坚硬表面上的柔性“皮肤”。

昆士兰大学的研究人员通过使用被称为“量子点”的微小纳米粒子，创造了将太阳能转化为电能的世界纪录，这种纳米粒子在太阳能电池装置中暴露于太阳能时在彼此之间传递电子并产生电流。

王连舟教授表示，传统的太阳能技术使用刚性、昂贵的材料。“该大学开发的新型量子点具有灵活性和可打印性，”他说。“这开辟了广泛的潜在应用，包括将其用作透明皮肤为汽车、飞机、家庭和可穿戴技术提供动力的可能性。

“新一代量子点与更便宜的大规模可印刷技术兼容，”王教授说。“与之前的世界纪录相比，我们实现的效率提高了近 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’和商业可行性之间的区别。”

2022年12月22日，据《科技日报》报道，南开大学化学学院袁明鉴研究员、陈军院士带领的科研团队与加拿大多伦多大学爱德华·萨金特教授课题组合作，围绕高性能半导体量子点固体合成中面临的关键科学问题，发展了高性能导电钙钛矿量子点固体薄膜制备全新策略，实现了多材料、跨尺寸的钙钛矿三原色电致发光器件的可控构筑。相关研究成果近日发表在《自然》上。

《自然》对于该研究成果给予高度评价：“这项工作为钙钛矿量子点合成及应用提供了一种具有高度普适性及精确可控性的全新范例。更为重要的是，该策略以固体薄膜的形式实现了这一点，而这是电致器件制造所必须的组成部分。由于此前无法获得足够小的高质量导电量子点固体，相关领域的发展多年来一直受到制约。这项研究以一种普适的方式妥善地解决了这个问题，是这一领域的重大突破。”

编审：侦碳