随A博士游科技岛 (量子点篇)
更新日期：2013-01-23
A博士是一个见多识广的人，也是一个“爱捣鼓”的人。他“捣鼓”出什么新玩意，都要先邀请我分享。那天他打手机给我，邀我去科技岛玩。
我应邀前往，从远处就望见A博士轿车车顶上撑着一顶弧形罩，走到车前一瞧，弧形罩原来是塑料布做的。“你真爱护你的宝车啊！搞个这么漂亮的遮阳罩”我打趣道。“我这不是遮阳罩，是‘取阳罩’，我这是‘吸光纳米粒子量子点太阳能电池罩’,看着我惊奇的双眼，A博士解释道：“ 吸光纳米粒子量子点是纳米尺度的半导体，其能捕捉光线，既可吸收可见光，也可吸收不可见光，并将其转化为能源。人们可将其喷洒到包括塑料在内的柔性材料表面，将制造出比硅基太阳能电池更高转换率、更经久耐用，更便宜的太阳能电池。 ”
A博士看着我继续说道：纳米（nm_)， 英语：nanometer，字首 nano 在希腊文中的原意是“矮小”。纳米是一个长度单位，指1米的十亿分之一（10-9m）。 纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，当人们将宏观物体细分成纳米级颗粒后，纳米粒子显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体相比将会有显著的不同。纳米粒子异于大块物质的理由是其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表面能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 纳米粒子的粒径（10纳米～100纳米）小于光波的长，因此将与入射光产生复杂的交互作用。金属在适当的蒸发沉积条件下，可得到易吸收光的"金属黑"超微粒子，纳米粒子因其具有光吸收率大的特色。
量子点是三个维度的尺寸都在100纳米以下准零维的纳米粒子。由于荷电载流子的运动受到三维的限制，能量发生量子化,量子效应特别显著,展现出许多不同于宏观材料的物理化学性质。量子点在太阳能电池，非线性光学，生物光学,磁介质、催化、医药及功能材料等领域具有广泛的应用前景。同时将对生命科学和信息技术的持续发展以及物质领域的基础研究发生深刻的影响。科学家已经发明许多方法来制造量子点，并预期这种纳米材料在二十一世纪有极大的应用潜力。
现代量子点技术要追溯到上世纪70年代中期，它是为了解决全球能源危机而发展起来的。通过光电化学研究，利用纳米晶体颗粒优良的体表面积比来产生能量。初期研究始于上世体80年代早期,美国贝尔实验室和前苏联Yoffe研究所的科学家发现不同大小的硫化镉颗粒可产生不同的颜色,这个工作对了解量子限域效应很有帮助，该效应解释了量子点大小和颜色之间的相互关系，同时也为量子点研究开发了新路。1997年以来，随着量子点制备技术的不断提高，研究人员将量子点作为生物荧光标记，应用于活细胞体系，他们解决了如何将量子点溶于水溶液，以及量子点如何通过表面的活性基团与生物大分子偶联的问题，由此掀起了量子点研究热潮。
量子点按其几何形状，可分为箱形量子点、球形量子点、四面体量子点、柱形量子点、立方量子点、盘形量子点和外场（电场和磁场）诱导量子点；按其材料组成，量子点又可分为元素半导体量子点，化合物半导体量子点和异质结量子点。此外，原子及分子团簇、超微粒子和多空硅等也都属于量子点范畴。
量子点的发射光谱可以通过改变量子点的尺寸大小来控制,通过改变量子点的尺寸和它的化学组成可以使其发射光谱覆盖整个可见光区。量子点具有激发光谱宽且连续分布，可变化之带隙，可变化之光谱吸收性等特性，利用这些特性来制造量子点太阳能电池可大大提高光电转化率。
A博士继续说道：“实现量子点太阳能电池实用化过程中的最大难题，是开发适用于量子点太阳能电池的材料。材料是影响太阳能电池转换效率的重要因素,不同的材料对光的吸收系数不同，禁带宽度不同，量子效率也不同，电池转换效率自然也不同。开发吸光能力更强，转换率更好，价格更便宜的太阳能电池材料是研究人员的追求，我这‘取阳罩’就是用有关材料制作来进行有关尝试. 专家认为:在转换效率超过50％阶段，太阳能电池的用途将一举扩大。例如， 如果在汽车上安装超高效率的量子点太阳能电池，那么仅靠光伏发电就能满足使用。利用公寓的屋顶及阳台等位置安装量子点太阳能电池，也许就能供给满足家庭耗电量的电力。那时量子点太阳能电池可能绽放璀灿的光彩!”
A博士关于量子点太阳能电池可能绽放璀灿光彩的描绘使我产生遐想，A博士拍拍陷入遐想地我，说：“走吗!上车吗？”“你这车?”我迟疑地问：“是啊，吸光纳米粒子量子点太阳能电池还在实验阶段，离实际应用还有一段距离，但是一个科研人员必须紧紧跟踪学科动向，凡是有利于国计民生的项目我们都要及时的关注与学习，并力求有所创新，我这‘量子点太阳能电池罩’就是跟踪学习的试验装置，放心吗，不会把你抛在半路上,我这车现在还是汽油发动机。”A博士的话打消了我的疑虑。我随A博士蹬上轿车,轿车向科技岛方向驶去......