近日，伴随着2023年度诺贝尔化学奖的揭晓，美国科学家莫吉·巴文迪、路易斯·布鲁斯，俄罗斯科学家阿列克谢·叶基莫夫等3人因其在“量子点”的发现与合成方面的贡献获得了这项荣誉。值得关注的是，“量子点”技术有望为汽车带来新的清洁能源动力。
图片来源：诺贝尔奖社交媒体账号
引领世界的发明
此次获奖的3人中，莫吉·巴文迪是美国麻省理工学院教授，路易斯·布鲁斯是哥伦比亚大学的教师，阿列克谢·叶基莫夫则是纽约“纳米晶体技术”公司的首席科学家。
其中，莫吉·巴文迪是一位研究钙钛矿太阳能电池的专家：2019年其研发的钙钛矿太阳能电池效率经NREL认证分别达到24.2%和25.2%，创造了钙钛矿太阳能电池第10和第11个效率记录点。2021年，莫吉·巴文迪团队与韩国化学技术研究所的JangwonSeo&SeongSikShin研究团队于《自然》杂志刊发通过载流子管理改善钙钛矿太阳能电池性能的研究成果。此次获得诺贝尔奖，莫吉·巴文迪的贡献主要在量子点的化学制备方面。他创新了量子点的化学生产方法，使得量子点的质量大幅提高，并为其在各种应用中的应用奠定了基础。
“所谓量子点，是一种具有独特光学和电子特性的微小半导体粒子，其尺寸一般小于20纳米，比正常人头发直径的万分之一还要细，并因体积小而具有量子特性。”西安工业大学微电子技术实验室工程师魏冬向《中国汽车报》记者介绍，这是行业具有开创意义的科研成果，有助于钙钛矿太阳能电池性能提升和应用，如果持续开发解决一些具体的制备技术、量产工艺等相关问题，钙钛矿太阳能电池就能以可以商业化推广应用的较低成本应用于电动汽车上，将给汽车的清洁能源技术带来革命性的变化。
数十年磨一剑
斯德哥尔摩瑞典皇家科学院诺贝尔化学奖委员会主席JohanAqvist认为，这一成就代表了纳米技术的一座重要里程碑。
其实，早在20世纪80年代早期，阿列克谢·叶基莫夫就成功地在有色玻璃中创造出了依赖于尺寸的量子效应。几年后，路易斯·布鲁斯成为世界上第一位证明在流体中自由漂浮的粒子存在大小依赖的这一量子效应的科学家。1993年，莫吉·巴文迪彻底改变了量子点的化学产生方式，产生了几乎完美的粒子。
北京科技大学教授曾欣表示，量子点最突出的一个光学特性是，根据光照颜色的不同可以分辨量子点颗粒的大小。尺寸较大的颗粒闪耀着黄色或红色的光，而颗粒越小，光的颜色会越偏蓝。这种光学特性，使得量子点具有广泛的应用价值，如汽车的太阳能电池，还有车载LED显示屏，以及高端车上配置的红外成像夜视仪等。在太阳能电池方面，量子点可以显著提高太阳能电池的转换效率。
据介绍，在传统的晶硅太阳能电池材料中，晶硅材料只能吸收太阳光谱中的一小部分，导致其最大理论转化效率约为33%。而量子点的小尺寸和量子限制效应，则使电子的能级变得离散，而不是像块状材料中那样连续。根据设计，可以将量子点设计成吸收转化效率更高的太阳能电池，从而使太阳能电池突破以往理论转化率的天花板。
具有广阔应用前景
近年来，世界很多国家、企业、开发者都在研究太阳能汽车。因为太阳能汽车靠太阳能来驱动，相比传统燃油车，是真正的零排放清洁能源，而且太阳能几乎是取之不尽用之不竭。正因为其理论上具有这些特点，太阳能汽车的实验和开发日益升温，但由于目前的太阳能电池吸收转化太阳能的效率不高，所以太阳能汽车“卡脖子”的核心问题是续驶里程不长。
通过量子点与钙钛矿的结合，太阳能电池在转换率上则将有更高的转换率，从而能为太阳能汽车带来更长的续驶里程，一旦突破了这项技术的应用开发，以更高的效率、更低的成本，钙钛矿-量子点太阳能电池不仅将替代传统晶硅太阳能电池，而且也将在很大程度上与固态电池、氢燃料电池等发挥各自的优势，为真正的清洁新能源汽车提供更强劲的动力。
“尽管从实验室走向产业化中间还有一系列待解的技术难题，但有了量子点技术，就相当于拿到了开启未来之门的钥匙。”曾欣认为，尽管尚难以预测量子点技术太阳能汽车落地的时间，但就像当初发展电动汽车一样，如果全球的技术开发力量有相当一部分进入这一赛道，那么这一新技术走向实用就不再是遥不可及，而是会加速从梦想走进现实的步伐。
