2024年中國量子點(diǎn)太陽能電池行業(yè)發(fā)展前景研判：量子點(diǎn)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(diǎn)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(jì)算時(shí)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(chǎng)，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(jìng)爭(zhēng)關(guān)鍵要素。根據(jù)測(cè)算，2023年我國量子點(diǎn)太陽能電池投資規(guī)模約為6.8億元。

關(guān)鍵詞：量子點(diǎn)太陽能電池、太陽能電池、市場(chǎng)規(guī)模

一、量子點(diǎn)太陽能電池行業(yè)概述

量子點(diǎn)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(jì)算時(shí)可當(dāng)作大分子處理。

量子點(diǎn)太陽能電池是一種利用量子點(diǎn)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(diǎn)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?dú)的量子點(diǎn)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(diǎn)-染料敏化太陽能電池。

在太陽能電池中使用量子點(diǎn)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(diǎn)比硅吸收太陽光的范圍更廣，而且對(duì)光的吸收能力強(qiáng)，再加上在溶液中合成和后續(xù)處理量子點(diǎn)比較簡(jiǎn)易方便，因此量子點(diǎn)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(jì)，量子點(diǎn)太陽能電池主要可以分為如下幾個(gè)類別：

量子點(diǎn)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(duì)電極四個(gè)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(diǎn)敏化太陽能電池（QDSCs）是以量子點(diǎn)敏化層作為吸光材料。量子點(diǎn)敏化太陽能電池采用量子點(diǎn)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(diǎn)。量子點(diǎn)的使用基于其獨(dú)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(diǎn)敏化太陽能電池的制造過程可以采用低成本和可擴(kuò)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(diǎn)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(diǎn)，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(duì)，從而增強(qiáng)光的吸收和轉(zhuǎn)換效率。電解液：用于在光陽極和對(duì)電極之間傳輸離子，促進(jìn)電荷分離和電池的工作。對(duì)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(diǎn)太陽能電池能夠在較低的成本下實(shí)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(diǎn)太陽能電池產(chǎn)業(yè)鏈上游主要為原材料，包括量子點(diǎn)材料、半導(dǎo)體材料、封裝材料以及電極材料。其中，量子點(diǎn)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(diǎn)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(hù)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(diǎn)太陽能電池的生產(chǎn)制造，包括量子點(diǎn)制備、電池組件加工、電池組裝以及測(cè)試與認(rèn)證。產(chǎn)業(yè)鏈下游主要是量子點(diǎn)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(shí)驗(yàn)室中制備出量子點(diǎn)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(diǎn)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(xiàng)項(xiàng)目通過驗(yàn)收?！笆┝孔狱c(diǎn)太陽能電池關(guān)鍵技術(shù)的聯(lián)合開發(fā)”項(xiàng)目主要解決了石墨烯基量子點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了石墨烯基量子點(diǎn)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(duì)石墨烯基量子點(diǎn)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(diǎn)負(fù)載等手段，實(shí)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(diǎn)太陽能電池。2019年，湘大機(jī)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(jí)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(diǎn)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(diǎn)太陽能電池器件。此效率為無機(jī)量子點(diǎn)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(diǎn)太陽能電池仍處于研究和開發(fā)階段，其實(shí)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(diǎn)技術(shù)有潛力提高太陽能電池的效率，但要實(shí)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(diǎn)太陽能電池行業(yè)發(fā)展政策

量子點(diǎn)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(dòng)。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(shí)施方案》，提出前瞻布局發(fā)展量子點(diǎn)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(jì)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(shí)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(diǎn)太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池、有機(jī)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(bào)告：智研咨詢發(fā)布的《2024年中國量子點(diǎn)太陽能電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析及未來前景研究報(bào)告》

三、量子點(diǎn)太陽能電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

量子點(diǎn)是一種半導(dǎo)體納米材料，量子點(diǎn)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(diǎn)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(jì)，2024年，UNIST團(tuán)隊(duì)用有機(jī)過氧化物制成量子點(diǎn)，并開發(fā)出一種將量子點(diǎn)錨定在基底上的新方法，從而使量子點(diǎn)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(chǎng)，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(jìng)爭(zhēng)關(guān)鍵要素。根據(jù)測(cè)算，2023年我國量子點(diǎn)太陽能電池投資規(guī)模約為6.8億元。

四、量子點(diǎn)太陽能電池競(jìng)爭(zhēng)格局

量子點(diǎn)太陽能電池憑借量子點(diǎn)材料的獨(dú)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(diǎn)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(qiáng)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(diǎn)太陽能電池領(lǐng)域，有助于推動(dòng)整個(gè)光伏行業(yè)向更高技術(shù)水平邁進(jìn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和可持續(xù)發(fā)展。從生產(chǎn)商來說，全球范圍內(nèi)，量子點(diǎn)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(chǎng)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任戴松元研究員邀請(qǐng)，德國Merck公司高級(jí)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(diǎn)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(zhǎng)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(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)建設(shè)全球首條GW（吉瓦）級(jí)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(diǎn)生產(chǎn)線、全球創(chuàng)新中心及總部大樓，計(jì)劃投資總額30億元。

五、量子點(diǎn)太陽能電池行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

量子點(diǎn)太陽能電池的最大優(yōu)勢(shì)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(diǎn)的尺寸和形狀，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(diǎn)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(jī)遇，也為解決能源危機(jī)、推動(dòng)綠色能源發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐。與此同時(shí)，量子點(diǎn)太陽能電池在長(zhǎng)期使用過程中容易受到環(huán)境因素的影響，如光照強(qiáng)度、溫度等。為了提高量子點(diǎn)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(zhǎng)量子點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)太陽能電池憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，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(diǎn)太陽能電池的性能和穩(wěn)定性，進(jìn)一步推動(dòng)其在實(shí)際應(yīng)用中的推廣。

以上數(shù)據(jù)及信息可參考智研咨詢（www.anotherchristian.com）發(fā)布的《2024年中國量子點(diǎn)太陽能電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析及未來前景研究報(bào)告》。智研咨詢是中國領(lǐng)先產(chǎn)業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，提供深度產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告、商業(yè)計(jì)劃書、可行性研究報(bào)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(hào)，每天及時(shí)掌握更多行業(yè)動(dòng)態(tài)。