华谊娱乐-首选注册近日，国家能源局公布，2021年，我国新增光伏发电并网装机容量约5300万千瓦，连续9年稳居世界首位。太阳能光伏发电是一种将太阳光辐射能直接转换为电能的新型发电技术，也是解决碳排放问题、实现“碳达峰、碳中和”目标的重要手段之一。作为太阳能电池的核心材料，钙钛矿量子点在太阳能光伏发电中发挥着重要作用。

　　钙钛矿量子点是指尺寸小于100纳米且存在量子限域效应的钙钛矿纳米晶体，量子点的基本效应还包括宏观量子隧道效应和介电限域效应，正是这些基本效应使量子点呈现出与块体材料不同的性质，使其具有广泛的应用领域，包括应用在钙钛矿太阳能电池上。

　　相比传统的硅电池，钙钛矿太阳能电池在生产过程中几乎不会产生二氧化碳排放。数据显示，随着技术不断发展，钙钛矿太阳能电池的效率水平从2006年的2%提升到2020年的25.2%，不过钙钛矿叠层电池的效率远没有达到顶峰。目前，钙钛矿太阳能电池已经发展到第三代。

　　笔者通过中国专利文摘数据库（CNABS）和德温特世界专利索引数据库（DWPI）进行检索后发现，截至2021年7月底，与钙钛矿量子点相关的专利申请2146件，其中国内申请1223件，国外申请923件，可见国内相关专利申请量较大。

　　通过对钙钛矿量子点国内外重要专利申请人统计分析可知，钙钛矿量子点国外主要申请人排名前三的分别为美国的纳米系统股份有限公司、德国的默克专利股份有限公司以及日本的株式会社半导体能源研究所。该领域国内主要专利申请人为TCL集团股份有限公司，其次为中国科学院和苏州星烁纳米科技有限公司。另外，南京理工大学、华南理工大学、华中科技大学等院校的相关专利申请量也占有较大比重。

　　据统计，在2015年之前，国内外关于钙钛矿量子点的专利申请较少，且增长缓慢。2015年以后增长较快，其中仅2016年的相关专利申请就达到210件。自钙钛矿量子点发明开始到2015年这段时间，其制备工艺不成熟，难以制备出性能稳定的产品。

　　目前，制备钙钛矿量子点的工艺主要采用热注入法、重结晶法、阴离子交换法、微波辅助法、水热法和固相法等。如图所示，高温热注入法是制备全无机钙钛矿量子点最主流的方法，占比为65%，这主要归因于热注入法技术比较成熟，对设备的要求较低，所得量子点性能比较优异。其次是阴离子交换法（13%）、重结晶法（12%）和微波辅助法（6%）。由于水热法产率低，因而需要高温高压环境，对设备要求比较高。同样，固相法需要高温熔融，能耗高，纳米颗粒分散性差，因此，这两种方法的专利申请量也相对较少。

　　在提高稳定性方面，华中科技大学的专利申请提出了一种掺铜的钙钛矿纳米晶，同时通过在原料中添加溴和碘，获得钙钛矿量子点粉末因而具有良好的稳定性，在空气湿度大于85％的情况下仍可保存15天以上。韩国株式会社LG化学的专利申请提出了一种有机无机混合钙钛矿化合物，利用氘取代提高钙钛矿化合物的化学稳定性，从而提高太阳能电池的稳定性。合肥工业大学的专利申请提出了一种二氧化硅包裹的钯掺杂无机钙钛矿量子点，通过二氧化硅的包裹和钯离子的掺杂，显著提高了钙钛矿量子点的稳定性。广东工业大学的专利申请提出通过机械研磨一步合成钙钛矿量子点与金属有机框架复合发光材料，有效提高了钙钛矿量子点的稳定性。

　　在提高量子效率方面，南昌航空大学的专利申请提出了一种含铜有机无机钙钛矿量子点太阳能电池，通过改变反应时间来调节量子点的尺寸和更换不同反应的配体种类来调节量子点的形状，形成有序的阶梯结构，从而有效提高了太阳能电池光电转换效率。韩国三星电子株式会社的专利申请提出了利用过渡金属元素与非金属元素对钙钛矿量子点进行共同掺杂，提升了60％左右的量子效率。为解决商用硅太阳能电池光电转换效率低的瓶颈问题，吉林大学的专利申请提出了利用高效的稀土掺杂无机钙钛矿量子点作为光转换层，以提高硅太阳能电池的光电转换效率。吉林大学另一件专利申请提出通过热注入法获得高质量无针孔的钙钛矿薄膜，可提升12％效率。

　　值得一提的是，减少铅含量以降低环境污染是今后钙钛矿量子点重要的发展方向。广西大学的专利申请提出通过热注入法获得Mn:CsPbCl3纳米晶溶液，然后通过溴化锂阴离子交换获得锰离子掺杂的钙钛矿纳米晶。北京大学深圳研究生院的专利申请提出通过铝离子对卤化铅钙钛矿掺杂主体中的铅位进行部分替换，在减少材料中重金属元素铅含量的同时，实现了对钙钛矿量子点发光波长的调控，并且解决了由快速阴离子交换导致的光谱宽化、色品漂移等问题。天津理工大学的专利申请提出通过增加铯离子的含量来提高铅元素的利用率，从而降低对环境的污染，同时产率由原来的50％提高到95％。

　　总的来说，离子掺杂和表面包覆是提高钙钛矿量子点稳定性、光电转化效率以及降低环境污染行之有效的方法。其中离子掺杂从量子点自身结构设计角度出发提升量子点综合性能，是非常有潜力的方法，不过该方法对于量子点的稳定性提升幅度有限。而表面包覆可以阻止外界环境对量子点的不利影响，但是材料的导电性和抗氧性方面还需进一步提升。

　　从以上专利分析可见，尽管钙钛矿量子点在转化效率和稳定性上有了较大提升，制备工艺也更加成熟，生产成本有了大幅度降低，但目前钙钛矿太阳能电池的发展仍面临较多难题，如更高的稳定性和转化效率、更低的生产成本等。相信随着科研人员的不断研究和探索，上述问题将会不断得到解决。（何云龙）