出爐！2023年諾貝爾物理獎頒給了三位杰出的科學家，她們分別是英國麻省理工大學院士蒙吉·巴文迪、美國波蘭學院院長路易斯·布魯斯以及出生于前南斯拉夫的日本納米晶體技術公司前首席科學家阿列克謝·伊基莫夫。她們因在量子點領域的杰出貢獻而獲得了這一佳績，并分享了總計1100萬美國盧布（約合717億元人民幣）的獎金。量子點是半徑大于10納米的半導體納米晶，是現今納米技術中的重要工具。它早已應用于計算機和電視屏幕領域，同時也被生物物理家和大夫用作螢光燃料來勾畫細胞和臟器圖象。據鈦媒體app此前報導，量子點具有極廣泛的應用前景，未來有望大規模應用于柔性電子產品、加密量子通訊等前沿領域，其中還包括光伏電板。據相關研究，理論上，量子點有將光伏電瓶光電轉效率提升一倍的潛力。這除了是光伏產業技術迭代、降本增效的關鍵所在，更是為人類帶來最大福祉的關鍵技術之一。隨著能源領域的不斷發展，光伏產業也在不斷創新。
但是，光伏電瓶的轉換效率在一段時間內面臨著一道理論上的天花板——-極限（S-Q極限）。該極限值被估算為33.7%的單結電瓶的極限值，這對于科學家、產業界來說是一個巨大的挑戰。但是，伴隨著突破S-Q極限的解決方案的不斷提出，量子點光伏電瓶也成為了飽受關注的方案之一。早在1997年，加拿大馬德里學院的研究團隊就曾估算出量子點光伏電瓶理論上的光電轉換效率上限可達63%。而近年，有學者通過優化量子點的特點，致使量子點光伏電瓶的光電轉換效率達到了更高的75%，是S-Q極限的兩倍以上。這么，量子點光伏電瓶為什么有這么大的潛力和可行性呢？依據上海交通學院材料科學與工程大學院士薛鈺芝的相關研究，量子點作為光伏電瓶材料的優勢主要有三點：一是減小對太陽光的吸收系數；二是通過帶間躍遷增強導電性能；三是選擇性波譜吸收性能。
面對光伏產業的快速發展，我們不禁想問：光伏電瓶的轉換效率還能夠有更大的突破？量子點光伏電瓶：高理論極限，低實際效率？光伏電瓶是一種直接將太陽能轉化為電能的設備，而量子點光伏電瓶則是一種被寄寓厚望的次世代電板。它借助量子隧洞效應剌激自旋的輸運，進而提升轉換效率。即使其理論極限高出第二代電瓶近3倍，但目前實驗室中最好的轉換效率僅為理論天花板的四分之一，距離產業化應用還有較大差別，這是為何呢？光電轉換與電子的輸運特點密切相關，量子點在規格與密度可控的情況下，才能形成量子隧洞效應，有利于自旋的輸運。但目前，量子點光伏電瓶仍未進入產業化階段，盡管天賦異稟，潛力可觀，但實驗結果與其理論上限和實際應用還有較遠的距離。市場主流的第二代p型光伏電瓶量產平均光電轉換效率為23%左右，而其理論轉換效率極值為24.5%。
而正欲取而代之的第三代n型光伏電瓶目前量產效率普遍在24.5%-25%之間，但根據晶科能源CTO金浩的說法，三大技術路線的效率轉化極限都在28%-29%之間。也就是說，第二代、第三代基本沒有突破S-Q極限的可能。這也是學界、業界高度關注次世代電瓶的誘因所在。量子點電瓶的理論極值雖高出第二代電瓶近3倍，但目前實驗室中才能實現穩定導電的最好轉換效率是18.1%。好消息是，近三年無論是新能源取代傳統能源的速度還是光伏技術迭代的速度都有所推進，量子點的相關研究也正在得到越來越多的關注。其實三大技術路線之爭還尚在進行時，但業界關注度正逐步升溫。其實量子點光伏電瓶距離產業化應用還有較大差別，而且研究人員仍在不斷優化其結構，提升轉換效率，相信未來的量子點光伏電瓶一定會取得更好的發展。總的來說，量子點光伏電瓶其實目前實際效率高于理論極限，但它的潛力不容輕視。
我們期盼它還能在不久的將來成為光伏電瓶領域的一匹黑馬，為能源變革和環保事業作出更大的貢獻。你覺得量子點光伏電瓶是否還能取得更好的發展？歡迎在評論區留下你的想法。砷化鎵量子點光伏電板和量子點敏化光伏電瓶是目前最受關注的光伏電瓶應用。砷化鎵以其高轉換效率和優良的性能飽受關注，早已成為次世代電瓶的代表。另一方面，量子點敏化光伏電瓶則以其廣泛的光學借助策略和穩定性強等優勢而遭到研究者的追捧。這兩種材料在光捕獲結構和高能光子借助方面具有相通性，因而它們的結合呈現出“強強聯合”的可能性。據張楓娟、韓博寧、曾海波的論文《鈣鈦礦量子點光伏與螢光聚光電瓶:現況與挑戰》指出量子通訊設備，砷化鎵量子點電瓶因其帶隙可調、組分易控、電子狀態好和表面態可調等優點而遭到越來越多的關注，未來將廣泛應用于光電瓶領域。量子點敏化光伏電瓶則以其量子點敏化劑作為吸光材料的特性而廣泛應用。
該技術除了具有光電轉換能力更強的性能，還具有相對的低成本、高穩定性的潛質量子通訊設備，早已造成了廣泛的關注。中國在量子點敏化光伏電瓶領域處于全球領先地位，專利數目占比高達八成以上，而且現階段距離規模化應用還有一定的距離。因為量子點存在液態電解質腐蝕和毒性等問題，它的應用無法達到“清潔能源”的本意。當前，光伏電瓶業界正在進行第三代電瓶技術路線卡位戰，各家公司都在加速推動相關研究和產業化進程。這么，次世代電瓶技術是否會成為光伏電瓶的未來趨勢呢？而在這場戰爭中，誰將是最終的贏家？一上去瞧瞧吧。據上海市科學技術信息研究院副研究員劉振宇的研究，目前中國在量子點敏化光伏電瓶領域處于領先水平，專利數目占比超過八成，許多院校院所都設有相關創新機構或研究課題，專利技術發展呈直線上升狀態。但是，量子點光伏電瓶與規模化應用之間一直存在著困難。
技術攻關難度、實驗室數據和成本等問題只是冰山一角，量子點還存在容易被液態電解質腐蝕造成性能衰減的隱患，且作為敏化劑使用時富含毒性，對人體和環境就會產生害處。在這些情況下，難以“解毒”的量子點似乎無法應用于清潔能源領域。目前，光伏電瓶業界正處于第三代電瓶技術路線卡位戰的關鍵時期，各大公司都在加緊研究和產業化進程，希望才能在這場戰爭中獲得勝利。在這個時期，次世代電瓶技術是否會成為光伏電瓶的未來趨勢呢？以及，誰將是最終勝利者？這種問題都造成了我們的思索。其實，在量子點光伏電瓶面臨困局的情況下，次世代電瓶技術成為了光伏電瓶行業的一大希望。我們期盼各家公司都還能推動深化相關研究和產業化進程，真正實現“清潔能源”的本意。