一个由中国、德国、日本和美国组成的国际研究团队发现了一种经济合成和稳定导电胶体量子点(CQD)墨水的方法。该材料已用于制造12.60 cm²大面积光伏器件中的量子点薄膜，经认证的效率为10%，实验室规模的电池效率更是高达13.40%。

胶体量子点技术过去曾被提议作为一种潜在的低成本、高效率的薄膜替代传统硅光伏技术，但低产量合成工艺、不可控性、材料不稳定以及相对较高的成本阻碍了其进展。

“我们的项目成功实现了低成本工艺和大面积胶体量子点薄膜印刷，有效地弥合了高成本与商业化可行性之间的差距，”通讯作者刘泽克表示。 “我们研究的创新之处在于整合了最先进、最具成本效益的胶体量子点合成技术：导电胶体量子点油墨的直接合成 (DS) 与溶液化学工程 (SCE) 策略，以提高油墨的稳定性。”

刘教授指出，该方法优化了离子配置和表面结构，“显著”减少了不可逆的胶体量子点聚集和融合，他说：“这些创新使得只需花费极低的成本就能单步打印出高质量、大面积的胶体量子点薄膜，从而使商业规模的胶体量子点光伏技术更加可行。”

研究人员发现了不可逆量子点聚集、纳米级形态演变及其产生的形态缺陷之间的“内在关联”，以及其在大面积薄膜性能中的“决定性作用”。在测试一系列溶剂中分散体的实验中，科学家们描述了如何在“弱配位溶剂中创造一个富碘环境”，并将“碘铅酸盐转化为功能性阴离子，这些阴离子会凝聚成坚固的表面壳”，从而得到稳定的油墨。

随后，CQD薄膜的溶液化学工程(SCE)方法在大规模CQD太阳能器件和实验室规模器件中均得到了验证。刘教授表示：“我们实现了大面积组件超过10%的认证能量转换效率(PCE)，小面积电池达到13.40%，这树立了新的标杆，同时将材料成本降至0.06美元/瓦以下。” CQD太阳能电池的认证由国家太阳能光伏产品质量监督检验中心(CPVT)完成。

验证是在太阳能电池叠层中进行的，该叠层包含夹在氧化锌 (ZnO) 纳米晶体和 p 型聚合物材料 (PBDB-T) 之间的 CQD 基质。除玻璃基板上的氧化铟锡 (ITO) 和银 (Ag) 阳极台阶外，薄膜沉积均采用狭缝模头涂布。在环境空气中进行的标准稳定性测试表明，基于 SCE 油墨的光伏器件运行稳定性长达 50 天。

当被问及未来的研究计划时，刘教授表示，研究人员的目标是扩大胶体量子点墨水的规模，提高胶体量子点太阳能电池的效率，并拓展其应用范围。“我们将探索将该技术应用于各种量子点，包括低毒性变体，以及柔性电子产品。”刘教授说道。

刘教授表示，他们还将研究胶体量子点 (CQD) 在近红外探测器和短波红外 (SWIR) 传感器中的应用潜力等其他课题，他认为胶体量子点在自动驾驶汽车和工业自动化等人工智能 (AI) 应用方面有潜力。

该新解决方案发表在《自然能源》杂志上的论文《通过稳定的墨水工程克服大面积量子点光伏的效率和成本障碍》中。

研究团队成员来自中国苏州大学、深圳技术大学、华南理工大学、云南大学，以及日本东京大学、电气通信大学和日立高新技术公司。此外，团队成员还包括来自德国埃尔朗根-纽伦堡大学、亥姆霍兹埃尔朗根-纽伦堡可再生能源研究所、慕尼黑工业大学，以及美国北伊利诺伊大学、阿贡国家实验室和美国国家可再生能源实验室的学者。