2024年中国量子点太阳能电池行业发展前景研判：量子点太阳能电池光电转换效率高，商业化前景广阔[图]

内容概要：量子点太阳能电池是第三代太阳能光伏电池，也是目前最新、最尖端的太阳能电池之一，其尺度介于宏观固体与微观原子、分子之间，在理论计算时可当作大分子处理。我国光伏产业起步稍晚于西方发达国家，但得益于广阔的需求市场，光伏产业发展迅速，后来居上。近年来，光伏产业已涌现出一大批优秀企业，产业链配套持续完善，技术成为行业竞争关键要素。根据测算，2023年我国量子点太阳能电池投资规模约为6.8亿元。

关键词：量子点太阳能电池、太阳能电池、市场规模

一、量子点太阳能电池行业概述

量子点太阳能电池是第三代太阳能光伏电池，也是目前最新、最尖端的太阳能电池之一，其尺度介于宏观固体与微观原子、分子之间，在理论计算时可当作大分子处理。

量子点太阳能电池是一种利用量子点光电转换材料作为能量转换器，以获得能源的新型太阳能电池。它是一种比传统太阳能电池具有更高效率的绿色能源技术。量子点太阳能电池能够将太阳能有效转换成电能，可以用于发电和充电电池。可以使用单独的量子点材料制成太阳能电池，也可以将它们与染料敏化剂或活性物质结合使用，制成更先进的太阳能电池，比如量子点-染料敏化太阳能电池。

在太阳能电池中使用量子点材料，可以提高光电转换效率。目前的太阳能电池大多使用的是单晶硅材料，量子点比硅吸收太阳光的范围更广，而且对光的吸收能力强，再加上在溶液中合成和后续处理量子点比较简易方便，因此量子点在太阳能电池中将有很大的应用潜力。根据所使用的材料和结构设计，量子点太阳能电池主要可以分为如下几个类别：

量子点太阳能电池的结构主要包括光阳极、敏化剂、电解液和对电极四个部分。这种结构与染料敏化太阳能电池（DSSCs）相似，两者的工作原理也十分相似。不同的是，量子点敏化太阳能电池（QDSCs）是以量子点敏化层作为吸光材料。量子点敏化太阳能电池采用量子点敏化剂作为吸光材料，具有吸光效率高、范围广、带隙可调、成本低廉等优点。量子点的使用基于其独特的光电特性，可以通过控制颗粒大小来调节其光电性能。此外，量子点敏化太阳能电池的制造过程可以采用低成本和可扩展的基于溶液的方法进行合成，使其成为可供大规模生产太阳能电池的有吸引力的选择。

具体到组件，量子点太阳能电池的结构可以细分为：光阳极：通常由具有良好光电导性的材料制成，如纳米结构的氧化锌（ZnO）或硫化铟（〖In〗_2 S_3）薄膜，用于收集和传输光生电子。敏化剂：即量子点，它们吸附在光阳极表面，能够捕获太阳光中的光子并产生电子-空穴对，从而增强光的吸收和转换效率。电解液：用于在光阳极和对电极之间传输离子，促进电荷分离和电池的工作。对电极：位于电池的另一侧，负责接收从电解液中传输过来的电子，并完成电流回路。这种结构使得量子点太阳能电池能够在较低的成本下实现较高的光电转换效率，是当前最具研究潜力的太阳能电池之一。

量子点太阳能电池产业链上游主要为原材料，包括量子点材料、半导体材料、封装材料以及电极材料。其中，量子点材料主要包括PbS（硫化铅）、CdS（硫化镉）、InGaN（铟镓氮）等；半导体材料主要包括硅片等，用于制造量子点太阳能电池的基底材料；封装材料主要包括环氧树脂、聚合物等，用于保护电池板和连接线；电极材料主要包括透明导电氧化物（TCO），如ITO（铟锡氧化物）或银浆等。产业链中游主要为量子点太阳能电池的生产制造，包括量子点制备、电池组件加工、电池组装以及测试与认证。产业链下游主要是量子点太阳能电池的应用领域，主要包括光伏发电、柔性电子产品、光催化、光电子器件等。

2015年，华东理工大学在实验室中制备出量子点敏化太阳电池转换效率首超8%。2017年，青岛科技大学海外泰山学者董立峰教授承担的“石墨烯量子点太阳能电池关键技术的联合开发”国际科技合作专项项目通过验收。“石墨烯量子点太阳能电池关键技术的联合开发”项目主要解决了石墨烯基量子点高效太阳能电池的关键技术问题。采用美国密苏里州大学特有的脉冲激光沉积技术，实现了石墨烯基量子点的可控制备，利用美国国家电镜中心的高分辨电子显微镜三维立体成像技术对石墨烯基量子点进行了结构表征，通过多种元素掺杂、表面化学修饰和量子点负载等手段，实现了石墨烯基材料的电性能调控，提高了其光电转换效率，获得了低成本、高性能的石墨烯基量子点太阳能电池。2019年，湘大机械工程学院青年教师董辉博士以第一作者身份在纳米国际顶级学术期刊Nature子刊《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）上在线发表最新研究成果“原位界面工程探究量子点光伏器件的极限性能”。2022年，北京航空航天大学材料科学与工程学院制备出了光电能量转换效率高达16.53%的量子点太阳能电池器件。此效率为无机量子点太阳能电池的最高值。传统硅太阳能电池产业化的产品的转换效率在15%到22%之间，目前量子点太阳能电池仍处于研究和开发阶段，其实际效率还远未达到传统硅太阳能电池的水平。虽然量子点技术有潜力提高太阳能电池的效率，但要实现更高的效率，还需要进一步的研究和工程改进。

二、量子点太阳能电池行业发展政策

量子点太阳能电池行业作为第三代太阳能电池，近年来得到了地方政府的高度关注和推动。2024年3月，河南省人民政府印发《河南省加快制造业“六新”突破实施方案》，提出前瞻布局发展量子点发光材料、球形氧化铝氮化硼导热材料等先进纳米材料，加快济源纳米材料产业园建设，支持碳纳米管、分子筛等细分领域持续壮大。2024年6月，湖北省人民政府印发《湖北省加快未来产业发展实施方案（2024—2026年）》，提出要开发超高光热转换效率新型材料，研发二维材料太阳能电池、量子点太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池等新一代高效太阳能电池。

相关报告：智研咨询发布的《2024年中国量子点太阳能电池行业发展现状分析及未来前景研究报告》

三、量子点太阳能电池行业发展现状

量子点是一种半导体纳米材料，量子点有巨电导，可吸收比硅材料光谱范围更广的太阳能等特性，因此将量子点技术应用于太阳能电池领域，将帮助光伏电池突破更高能量转化率。

数据统计，2024年，UNIST团队用有机过氧化物制成量子点，并开发出一种将量子点锚定在基底上的新方法，从而使量子点能够更紧密地靠在一起。这将效率从2020年的16.6%提高到了创纪录的18.1%。

我国光伏产业起步稍晚于西方发达国家，但得益于广阔的需求市场，光伏产业发展迅速，后来居上。近年来，光伏产业已涌现出一大批优秀企业，产业链配套持续完善，技术成为行业竞争关键要素。根据测算，2023年我国量子点太阳能电池投资规模约为6.8亿元。

四、量子点太阳能电池竞争格局

量子点太阳能电池凭借量子点材料的独特性质，如量子尺寸效应和量子限制效应，显著提升了光电转换效率。这些特性使得量子点太阳能电池能够更有效地捕获和转换太阳能，进而增强了电池的能量密度和整体性能。近年来，全球电池厂商纷纷布局量子点太阳能电池领域，有助于推动整个光伏行业向更高技术水平迈进，实现产业升级和可持续发展。从生产商来说，全球范围内，量子点太阳能电池核心厂商主要包括美国的NREL、LANL；德国的Merck，以及中国的激智科技、极电光能、道明光学等企业。

从国外市场来看，2013年9月17日，应中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室主任戴松元研究员邀请，德国Merck公司高级副总裁Karl-Heinz Derwenskus （K-H D）博士一行到访等离子体所，双方就量子点和适合杂化太阳电池的电解质研究达成框架合作协议，K-H D博士和等离子体所所长李建刚、戴松元研究员分别作为德中双方代表签署了合作协议。

从国内来看，2022年8月，极电光能宣布，在江苏省锡山经济技术开发区建设全球首条GW（吉瓦）级钙钛矿光伏组件及BIPV（光伏建筑一体化）产品生产线、100吨钙钛矿量子点生产线、全球创新中心及总部大楼，计划投资总额30亿元。

五、量子点太阳能电池行业发展趋势

量子点太阳能电池的最大优势在于其高效率。随着科学技术的飞速发展，科学家们正致力于探索新的材料和结构，他们通过精心调控量子点的尺寸和形状，实现了对吸收和发射光谱的精准控制。这种精细的调控不仅使得量子点能够更高效地吸收太阳能，还提高了其光电转换效率，进而提升了太阳能电池的整体性能。这种技术的突破，不仅为太阳能电池领域带来了新的发展机遇，也为解决能源危机、推动绿色能源发展提供了有力的技术支撑。与此同时，量子点太阳能电池在长期使用过程中容易受到环境因素的影响，如光照强度、温度等。为了提高量子点太阳能电池的稳定性，科学家们正在研究新的材料和结构，以提高其抗氧化性和耐久性，这不仅将减少因环境因素导致的性能下降，还将极大地延长量子点太阳能电池的使用寿命，为绿色能源的持续利用提供更为可靠地保障。此外，量子点太阳能电池不仅在传统光伏发电领域大放异彩，更在光催化、光电化学等前沿科技领域展现出广泛的应用潜力。作为一种新型的太阳能电池，量子点太阳能电池凭借其独特的优势，展现出了巨大的发展潜力。其高效的光电转换效率和卓越的稳定性，使其成为未来绿色能源领域的明星产品。未来，科学家们将继续探索新的材料和结构，以提高量子点太阳能电池的性能和稳定性，进一步推动其在实际应用中的推广。

以上数据及信息可参考智研咨询（www.chyxx.com）发布的《2024年中国量子点太阳能电池行业发展现状分析及未来前景研究报告》。智研咨询是中国领先产业咨询机构，提供深度产业研究报告、商业计划书、可行性研究报告及定制服务等一站式产业咨询服务。您可以关注【智研咨询】公众号，每天及时掌握更多行业动态。