2024年中國量子點太陽能電池行業(yè)發(fā)展前景研判：量子點太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率高，商業(yè)化前景廣闊[圖]

內(nèi)容概要：量子點太陽能電池是第三代太陽能光伏電池，也是目前最新、最尖端的太陽能電池之一，其尺度介于宏觀固體與微觀原子、分子之間，在理論計算時可當(dāng)作大分子處理。我國光伏產(chǎn)業(yè)起步稍晚于西方發(fā)達(dá)國家，但得益于廣闊的需求市場，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，后來居上。近年來，光伏產(chǎn)業(yè)已涌現(xiàn)出一大批優(yōu)秀企業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈配套持續(xù)完善，技術(shù)成為行業(yè)競爭關(guān)鍵要素。根據(jù)測算，2023年我國量子點太陽能電池投資規(guī)模約為6.8億元。

關(guān)鍵詞：量子點太陽能電池、太陽能電池、市場規(guī)模

一、量子點太陽能電池行業(yè)概述

量子點太陽能電池是第三代太陽能光伏電池，也是目前最新、最尖端的太陽能電池之一，其尺度介于宏觀固體與微觀原子、分子之間，在理論計算時可當(dāng)作大分子處理。

量子點太陽能電池是一種利用量子點光電轉(zhuǎn)換材料作為能量轉(zhuǎn)換器，以獲得能源的新型太陽能電池。它是一種比傳統(tǒng)太陽能電池具有更高效率的綠色能源技術(shù)。量子點太陽能電池能夠?qū)⑻柲苡行мD(zhuǎn)換成電能，可以用于發(fā)電和充電電池?？梢允褂脝为毜牧孔狱c材料制成太陽能電池，也可以將它們與染料敏化劑或活性物質(zhì)結(jié)合使用，制成更先進(jìn)的太陽能電池，比如量子點-染料敏化太陽能電池。

在太陽能電池中使用量子點材料，可以提高光電轉(zhuǎn)換效率。目前的太陽能電池大多使用的是單晶硅材料，量子點比硅吸收太陽光的范圍更廣，而且對光的吸收能力強，再加上在溶液中合成和后續(xù)處理量子點比較簡易方便，因此量子點在太陽能電池中將有很大的應(yīng)用潛力。根據(jù)所使用的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計，量子點太陽能電池主要可以分為如下幾個類別：

量子點太陽能電池的結(jié)構(gòu)主要包括光陽極、敏化劑、電解液和對電極四個部分。這種結(jié)構(gòu)與染料敏化太陽能電池（DSSCs）相似，兩者的工作原理也十分相似。不同的是，量子點敏化太陽能電池（QDSCs）是以量子點敏化層作為吸光材料。量子點敏化太陽能電池采用量子點敏化劑作為吸光材料，具有吸光效率高、范圍廣、帶隙可調(diào)、成本低廉等優(yōu)點。量子點的使用基于其獨特的光電特性，可以通過控制顆粒大小來調(diào)節(jié)其光電性能。此外，量子點敏化太陽能電池的制造過程可以采用低成本和可擴展的基于溶液的方法進(jìn)行合成，使其成為可供大規(guī)模生產(chǎn)太陽能電池的有吸引力的選擇。

具體到組件，量子點太陽能電池的結(jié)構(gòu)可以細(xì)分為：光陽極：通常由具有良好光電導(dǎo)性的材料制成，如納米結(jié)構(gòu)的氧化鋅（ZnO）或硫化銦（〖In〗_2 S_3）薄膜，用于收集和傳輸光生電子。敏化劑：即量子點，它們吸附在光陽極表面，能夠捕獲太陽光中的光子并產(chǎn)生電子-空穴對，從而增強光的吸收和轉(zhuǎn)換效率。電解液：用于在光陽極和對電極之間傳輸離子，促進(jìn)電荷分離和電池的工作。對電極：位于電池的另一側(cè)，負(fù)責(zé)接收從電解液中傳輸過來的電子，并完成電流回路。這種結(jié)構(gòu)使得量子點太陽能電池能夠在較低的成本下實現(xiàn)較高的光電轉(zhuǎn)換效率，是當(dāng)前最具研究潛力的太陽能電池之一。

量子點太陽能電池產(chǎn)業(yè)鏈上游主要為原材料，包括量子點材料、半導(dǎo)體材料、封裝材料以及電極材料。其中，量子點材料主要包括PbS（硫化鉛）、CdS（硫化鎘）、InGaN（銦鎵氮）等；半導(dǎo)體材料主要包括硅片等，用于制造量子點太陽能電池的基底材料；封裝材料主要包括環(huán)氧樹脂、聚合物等，用于保護電池板和連接線；電極材料主要包括透明導(dǎo)電氧化物（TCO），如ITO（銦錫氧化物）或銀漿等。產(chǎn)業(yè)鏈中游主要為量子點太陽能電池的生產(chǎn)制造，包括量子點制備、電池組件加工、電池組裝以及測試與認(rèn)證。產(chǎn)業(yè)鏈下游主要是量子點太陽能電池的應(yīng)用領(lǐng)域，主要包括光伏發(fā)電、柔性電子產(chǎn)品、光催化、光電子器件等。

2015年，華東理工大學(xué)在實驗室中制備出量子點敏化太陽電池轉(zhuǎn)換效率首超8%。2017年，青島科技大學(xué)海外泰山學(xué)者董立峰教授承擔(dān)的“石墨烯量子點太陽能電池關(guān)鍵技術(shù)的聯(lián)合開發(fā)”國際科技合作專項項目通過驗收。“石墨烯量子點太陽能電池關(guān)鍵技術(shù)的聯(lián)合開發(fā)”項目主要解決了石墨烯基量子點高效太陽能電池的關(guān)鍵技術(shù)問題。采用美國密蘇里州大學(xué)特有的脈沖激光沉積技術(shù)，實現(xiàn)了石墨烯基量子點的可控制備，利用美國國家電鏡中心的高分辨電子顯微鏡三維立體成像技術(shù)對石墨烯基量子點進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，通過多種元素?fù)诫s、表面化學(xué)修飾和量子點負(fù)載等手段，實現(xiàn)了石墨烯基材料的電性能調(diào)控，提高了其光電轉(zhuǎn)換效率，獲得了低成本、高性能的石墨烯基量子點太陽能電池。2019年，湘大機械工程學(xué)院青年教師董輝博士以第一作者身份在納米國際頂級學(xué)術(shù)期刊Nature子刊《自然·納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）上在線發(fā)表最新研究成果“原位界面工程探究量子點光伏器件的極限性能”。2022年，北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院制備出了光電能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)16.53%的量子點太陽能電池器件。此效率為無機量子點太陽能電池的最高值。傳統(tǒng)硅太陽能電池產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率在15%到22%之間，目前量子點太陽能電池仍處于研究和開發(fā)階段，其實際效率還遠(yuǎn)未達(dá)到傳統(tǒng)硅太陽能電池的水平。雖然量子點技術(shù)有潛力提高太陽能電池的效率，但要實現(xiàn)更高的效率，還需要進(jìn)一步的研究和工程改進(jìn)。

二、量子點太陽能電池行業(yè)發(fā)展政策

量子點太陽能電池行業(yè)作為第三代太陽能電池，近年來得到了地方政府的高度關(guān)注和推動。2024年3月，河南省人民政府印發(fā)《河南省加快制造業(yè)“六新”突破實施方案》，提出前瞻布局發(fā)展量子點發(fā)光材料、球形氧化鋁氮化硼導(dǎo)熱材料等先進(jìn)納米材料，加快濟源納米材料產(chǎn)業(yè)園建設(shè)，支持碳納米管、分子篩等細(xì)分領(lǐng)域持續(xù)壯大。2024年6月，湖北省人民政府印發(fā)《湖北省加快未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展實施方案（2024—2026年）》，提出要開發(fā)超高光熱轉(zhuǎn)換效率新型材料，研發(fā)二維材料太陽能電池、量子點太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池、有機太陽能電池和染料敏化太陽能電池等新一代高效太陽能電池。

相關(guān)報告：智研咨詢發(fā)布的《2024年中國量子點太陽能電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析及未來前景研究報告》

三、量子點太陽能電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

量子點是一種半導(dǎo)體納米材料，量子點有巨電導(dǎo)，可吸收比硅材料光譜范圍更廣的太陽能等特性，因此將量子點技術(shù)應(yīng)用于太陽能電池領(lǐng)域，將幫助光伏電池突破更高能量轉(zhuǎn)化率。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2024年，UNIST團隊用有機過氧化物制成量子點，并開發(fā)出一種將量子點錨定在基底上的新方法，從而使量子點能夠更緊密地靠在一起。這將效率從2020年的16.6%提高到了創(chuàng)紀(jì)錄的18.1%。

我國光伏產(chǎn)業(yè)起步稍晚于西方發(fā)達(dá)國家，但得益于廣闊的需求市場，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，后來居上。近年來，光伏產(chǎn)業(yè)已涌現(xiàn)出一大批優(yōu)秀企業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈配套持續(xù)完善，技術(shù)成為行業(yè)競爭關(guān)鍵要素。根據(jù)測算，2023年我國量子點太陽能電池投資規(guī)模約為6.8億元。

四、量子點太陽能電池競爭格局

量子點太陽能電池憑借量子點材料的獨特性質(zhì)，如量子尺寸效應(yīng)和量子限制效應(yīng)，顯著提升了光電轉(zhuǎn)換效率。這些特性使得量子點太陽能電池能夠更有效地捕獲和轉(zhuǎn)換太陽能，進(jìn)而增強了電池的能量密度和整體性能。近年來，全球電池廠商紛紛布局量子點太陽能電池領(lǐng)域，有助于推動整個光伏行業(yè)向更高技術(shù)水平邁進(jìn)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級和可持續(xù)發(fā)展。從生產(chǎn)商來說，全球范圍內(nèi)，量子點太陽能電池核心廠商主要包括美國的NREL、LANL；德國的Merck，以及中國的激智科技、極電光能、道明光學(xué)等企業(yè)。

從國外市場來看，2013年9月17日，應(yīng)中國科學(xué)院新型薄膜太陽電池重點實驗室主任戴松元研究員邀請，德國Merck公司高級副總裁Karl-Heinz Derwenskus （K-H D）博士一行到訪等離子體所，雙方就量子點和適合雜化太陽電池的電解質(zhì)研究達(dá)成框架合作協(xié)議，K-H D博士和等離子體所所長李建剛、戴松元研究員分別作為德中雙方代表簽署了合作協(xié)議。

從國內(nèi)來看，2022年8月，極電光能宣布，在江蘇省錫山經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)建設(shè)全球首條GW（吉瓦）級鈣鈦礦光伏組件及BIPV（光伏建筑一體化）產(chǎn)品生產(chǎn)線、100噸鈣鈦礦量子點生產(chǎn)線、全球創(chuàng)新中心及總部大樓，計劃投資總額30億元。

五、量子點太陽能電池行業(yè)發(fā)展趨勢

量子點太陽能電池的最大優(yōu)勢在于其高效率。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，科學(xué)家們正致力于探索新的材料和結(jié)構(gòu)，他們通過精心調(diào)控量子點的尺寸和形狀，實現(xiàn)了對吸收和發(fā)射光譜的精準(zhǔn)控制。這種精細(xì)的調(diào)控不僅使得量子點能夠更高效地吸收太陽能，還提高了其光電轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而提升了太陽能電池的整體性能。這種技術(shù)的突破，不僅為太陽能電池領(lǐng)域帶來了新的發(fā)展機遇，也為解決能源危機、推動綠色能源發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐。與此同時，量子點太陽能電池在長期使用過程中容易受到環(huán)境因素的影響，如光照強度、溫度等。為了提高量子點太陽能電池的穩(wěn)定性，科學(xué)家們正在研究新的材料和結(jié)構(gòu)，以提高其抗氧化性和耐久性，這不僅將減少因環(huán)境因素導(dǎo)致的性能下降，還將極大地延長量子點太陽能電池的使用壽命，為綠色能源的持續(xù)利用提供更為可靠地保障。此外，量子點太陽能電池不僅在傳統(tǒng)光伏發(fā)電領(lǐng)域大放異彩，更在光催化、光電化學(xué)等前沿科技領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。作為一種新型的太陽能電池，量子點太陽能電池憑借其獨特的優(yōu)勢，展現(xiàn)出了巨大的發(fā)展?jié)摿?。其高效的光電轉(zhuǎn)換效率和卓越的穩(wěn)定性，使其成為未來綠色能源領(lǐng)域的明星產(chǎn)品。未來，科學(xué)家們將繼續(xù)探索新的材料和結(jié)構(gòu)，以提高量子點太陽能電池的性能和穩(wěn)定性，進(jìn)一步推動其在實際應(yīng)用中的推廣。

以上數(shù)據(jù)及信息可參考智研咨詢（yhcgw.cn）發(fā)布的《2024年中國量子點太陽能電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析及未來前景研究報告》。智研咨詢是中國領(lǐng)先產(chǎn)業(yè)咨詢機構(gòu)，提供深度產(chǎn)業(yè)研究報告、商業(yè)計劃書、可行性研究報告及定制服務(wù)等一站式產(chǎn)業(yè)咨詢服務(wù)。您可以關(guān)注【智研咨詢】公眾號，每天及時掌握更多行業(yè)動態(tài)。