據(jù)英國(guó)《自然》雜志網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道，盡管薄膜太陽(yáng)能電池應(yīng)用廣泛，但其也有“先天不足”：薄膜越薄，制造成本越低，但當(dāng)其變得更薄時(shí)，會(huì)失去捕光能力。美國(guó)科學(xué)家表示，當(dāng)薄層厚度等于或小于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)時(shí)，其捕光能力會(huì)變得很強(qiáng)。科學(xué)家們可據(jù)此研制出厚度僅為現(xiàn)在商用薄膜太陽(yáng)能電池厚度的1%、但捕光能力卻大有改善的薄膜太陽(yáng)能電池。

科學(xué)家們用射線(xiàn)—光極值這一理論最大捕光值來(lái)標(biāo)識(shí)一種材料最多能捕獲多少光線(xiàn)，但是，只有當(dāng)材料具有一定的厚度時(shí)，才能達(dá)到這一峰值。目前，科學(xué)家們已經(jīng)制造出了吸光層的厚度僅為0.1納米的薄膜太陽(yáng)能電池，但這樣纖細(xì)的薄膜會(huì)漏掉很多光。

然而，現(xiàn)在，加州理工學(xué)院應(yīng)用物理和材料科學(xué)教授哈里·阿特沃特和同事在最新一期《納米快報(bào)》雜志上指出，他們找到了一種巧妙的方法，使薄層能幫助太陽(yáng)能電池超越射線(xiàn)—光極值。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)薄層的厚度小于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)（400到700納米）時(shí)，薄層會(huì)同這些可見(jiàn)光的波特性相互作用而不是將可見(jiàn)光看成一條直直的射線(xiàn)。阿特沃特說(shuō)：“當(dāng)我們制造出的薄層厚度等于或小于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)時(shí)，一切規(guī)則都改變了。”這樣，一種材料的吸光能力不再取決于厚度，而取決于光線(xiàn)和吸收材料之間的波作用。

通過(guò)計(jì)算和計(jì)算機(jī)模擬，阿特沃特團(tuán)隊(duì)證明，讓一種材料對(duì)光更有“胃口”的技巧在于，制造出更多“光態(tài)”讓光來(lái)占領(lǐng)，這些“光態(tài)”就像狹縫一樣，能吸收特定波長(zhǎng)的光。一種材料的“光態(tài)”數(shù)量部分取決于該材料的折射率，折射率越高，其能支持的“光態(tài)”就越多。

其實(shí)，早在2010年，斯坦福大學(xué)的教授范汕洄（音譯）和同事就將“光態(tài)”數(shù)確定為一種材料能吸入多少光線(xiàn)的主要因素。他們用一種折射率較高的材料將一種折射率低的材料包圍，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高折射率材料的出現(xiàn)能有效提高低折射率材料的折射率，增強(qiáng)其捕光能力。

阿特沃特團(tuán)隊(duì)對(duì)上述結(jié)論進(jìn)行了延伸，最新研究表明，薄膜吸光器內(nèi)擠滿(mǎn) “光態(tài)”會(huì)大大增強(qiáng)其捕光能力。而且，可通過(guò)幾種方式（比如，用金屬或晶體結(jié)構(gòu)包住吸光層或?qū)⑽�光器嵌入一個(gè)更復(fù)雜的三維陣列中）來(lái)提高吸收器的有效折射率。范汕洄表示：“最新研究表明，我們可以采用多種不同的方法有效地突破射線(xiàn)—光極值。”

美國(guó)托萊多大學(xué)的羅伯特·柯林斯表示，阿特沃特團(tuán)隊(duì)的研究是“非常關(guān)鍵的第一步”。但他也認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)還面臨著諸多挑戰(zhàn)，比如，需要額外的工業(yè)過(guò)程來(lái)制造這些超薄的薄膜，這會(huì)導(dǎo)致成本增加。