《科学》杂志上的一篇新文章概述了近三十年来对胶体量子点的研究，论文评估了这些纳米级半导体物质的技术进步，并权衡了这一有前途的技术在电视、高效日光收集器等广泛商业化应用道路上的剩余挑战。

该论文的合著者、洛斯阿拉莫斯国家实验室进行量子点研究的团队负责人Victor I. Klimov说：“三十年前，这些结构只是一小群爱好者满足科学好奇心的研究。多年来，量子点已成为工业级材料，被一系列传统和新兴技术所利用，有一些领域已经发现它们进入商业市场的方式。”

《科学》杂志的这篇文章描述了许多进步都起源于洛斯阿拉莫斯国家实验室，包括胶体量子点激光的首次演示、载流子倍增的发现、对量子点发光二极管(LED)和发光太阳能聚光器(LSC)，以及最近的对单点量子发射器的开创性研究。

利用现代胶体化学，量子点的尺寸和内部结构可以以接近原子的精度进行操纵，能以高度准确性控制其物理特性，从而可在实际设备中实现行为。

由于对胶体量子点实际应用进行持续不断的研究，现在已经能利用尺寸可调性控制其发射的颜色，并已接近理想100%极限的发光量子产率。这些特性对屏幕显示和照明很有吸引力，这些技术将量子点用作颜色转换磷光体。由于其具有窄带发射、宽带吸收的光谱特征，与现有的磷光体材料相比，量子点可提高色纯度并更完整地覆盖整个色彩空间。已经有一些设备(例如量子点电视)已达到可在商业市场上使用的技术成熟度。

下一个前沿是创造技术上可行的由电驱动的量子点发光二极管(QLED)。《科学》的这篇文章描述了实现这些设备的各种方法，并讨论了存在的一些挑战。QLED已经达到了令人印象深刻的亮度和接近理论定义极限的近乎理想的效率。这一进展在很大程度上是由于对非辐射俄歇复合等性能限制因素的不断理解而取得的进展。

文章还讨论了可溶液加工的量子点激光器的现状和挑战。Klimov说：“使这些激光器可用将有利于一系列的技术，包括集成光子电路、光通信、芯片实验室平台、可穿戴设备和医疗诊断。”

洛斯阿拉莫斯的研究人员在该领域做出了重要的贡献，包括阐明胶体纳米结构中的光放大机制以及首次使用这些材料演示激光效应。

Klimov说：“目前的主要挑战是用电泵来演示激光。洛斯阿拉莫斯一直在负责实现这一目标道路上的几个重要里程碑，包括通过电激发实现光增益以及开发作为光泵浦激光器和标准电驱动LED运行的双功能设备。”

量子点在太阳能收集和光传感技术中也具有巨大的潜在用途。由于它们的带隙可调，它们可以设计成针对特定波长范围，这对于实现红外光谱范围的廉价光电探测器特别有吸引力。在太阳能技术领域，胶体量子点已被用作太阳能电池和发光日光收集器的活性元素。

在光伏的情况下，量子点方法可通过可扩展的基于溶液的技术(如逐卷处理)用于实现制备新一代的廉价薄膜光伏器件。此外，它们可以在概念上实现新的光转换方案，这些方案源自超小“量子限制”胶体粒子独有的物理过程。它是一个载流子倍增的过程，通过一个吸收的光子产生多个电子-空穴对。这一过程由洛斯阿拉莫斯研究人员于2004年首次提出，它在光伏和太阳能光化学领域中的应用一直是被深入研究的主题。

Klimov说：“另一个非常有前途的领域是量子点的发光太阳能聚光器(LSC)。使用LSC方法，原则上可以将标准窗户或壁板转换为发电设备。与屋顶太阳能模块一起，它们可以为整个建筑物提供清洁能源。虽然LSC概念是在20世纪70年代提出的，由于引入了量子点的特殊设计，它直到最近才真正蓬勃发展起来。”

洛斯阿拉莫斯研究人员为LSC领域做出了许多重要的进展，包括开发解决光自吸收问题的实用方法和开发高效双层(串联)器件。由洛斯阿拉莫斯实验室分拆出的UbiQD公司和其他几家初创公司已在积极寻求量子点LSC技术的商业化。（编译:Qtech）