据《日本经济新闻》网站6月30日报道，日本电气通信大学正在推进将获得诺贝尔化学奖的“量子点”技术应用于太阳能发电的研究。为制造出轻薄柔性太阳能电池板，他们开发了一种以较低成本制造原材料墨水的技术。

一个由该校研究人员组成的研究团队将通过在基材上印刷一层薄薄的墨水来制造量子点太阳能电池板。据悉，这种油墨的材料成本在最大输出功率下低于每瓦特9日元(约合0.055美元)，与目前主流的硅基太阳能电池的成本相当甚至更低。而且与需要在高温下生长晶体的硅基太阳能电池不同，量子点太阳能电池可以在低温下印刷。

太阳能电池的光能由半导体中的电子接收，通过移动产生电。在量子点太阳能电池中，半导体的作用由直径仅为几纳米的粒子承担。这些被称为量子点的粒子，正是2023年诺贝尔化学奖的研究课题。

量子点内电子能够接收的光能大小取决于粒子的大小。通过略微改变量子点的大小，就可以调节其吸收的光的颜色。这一原理被用于吸收由多种叠加颜色组成的太阳光。

据称，量子点太阳能电池的理论转换效率超过40%。相比之下，硅基太阳能电池和钙钛矿太阳能电池的转换效率上限约为30%。

尽管量子点太阳能电池具有高转换效率的优点，但其也存在一些阻碍实际应用的问题。例如，墨水材料不稳定，难以制造出大面积的面板，尤其是在墨水中的量子点排列不均匀的情况下。因此，钙钛矿太阳能电池在薄型柔性太阳能电池的研发方面一直处于领先地位。

电气通信大学研究团队现已开发出一种解决这些传统难题的方法。此前，墨水中多种量子点易发生粒子间结合问题。研究人员通过在量子点表面覆盖负电荷，使粒子间产生排斥力，从而防止聚集，实现了均匀分散。墨水的性能稳定时间由此前的30分钟延长至30天以上。

鉴于该方法无需反复涂覆墨水，墨水的材料成本降至传统成本的二十分之一，约为每克800日元。

即使面板面积较大，也能实现墨水的均匀涂覆。实验表明，当应用面积扩大至小型电池的上百倍，即13平方厘米时，太阳能到电能的转换效率仍可保持在10%以上。即使连续使用超过1200小时，其效率仍能保持初始效率的90%以上。该研究成果已经发表在英国科学期刊《自然-能源》上。

钙钛矿太阳能电池最早由横滨桐荫大学特聘教授宫坂力在其2009年发表的论文中提出。在日本，经济产业省已启动“下一代太阳能电池战略”，公共和私营部门都在积极推进大规模生产。

由于研究结果显示量子点太阳能电池能够降低成本，它已成为钙钛矿太阳能电池的有力竞争对手。电气通信大学的研究团队计划在五年内开发出实用所需的技术，并在十年内实现商业化。他们正致力于将能量转换效率从目前的10%提升至20%。

量子点太阳能电池也有独特的优势。2022年至2025年在电气通信大学领导这项研究的研究员史国钲表示：“量子点太阳能电池本身就已形成晶体，因此只需涂覆即可制成薄膜，这与钙钛矿太阳能电池有着本质区别，钙钛矿太阳能电池需要在涂覆后进行晶体生长。”

太阳能电池需要晶体结构，其中原子规则排列才能传输电子。钙钛矿太阳能电池在涂覆后形成晶体，这需要严格控制温度和湿度的环境，例如洁净室。

在量子点太阳能电池中，墨水中的颗粒本身就是晶体。其在生产中拥有较高自由度。潜在应用包括开发可通过调节墨水透明度发电的窗玻璃，或通过在织物上印刷来制造可穿戴太阳能电池。

它还可以应用于“串联”太阳能电池，即将不同类型的太阳能电池堆叠起来以提高发电效率。通过选择合适的颗粒尺寸，量子点可以吸收近红外区域的光。将它们与钙钛矿或硅基太阳能电池结合使用，可以提高太阳能电池板的发电效率。

据全球信息公司预测，到2034年，全球量子点太阳能电池市场规模预计将达到58亿美元，约为2026年的三倍。（编译/刘林）