有沒有想過(guò)，太陽(yáng)能電池板為什么只有黑色或者藍(lán)色?當(dāng)然，答案很簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樘?yáng)能面板所采用的材料晶體硅和碲化鎘是藍(lán)色或者黑色。但是，一個(gè)來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的最新實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，太陽(yáng)能電池板如果做成綠色，將會(huì)獲得更高能效。

從植物顏色獲取靈感

加州大學(xué)助理教授Nathan Gabor在一次偶然的情況下，得到了這個(gè)想法。「在一次學(xué)術(shù)研討會(huì)上，我陷入沉思，物理學(xué)家總是能夠解釋為什么天空是藍(lán)色的，于是我想，為什么植物是綠色的呢?」

Gabor發(fā)現(xiàn)，對(duì)于這個(gè)問題，盡管學(xué)界有不少設(shè)想，然而沒有一個(gè)能夠被證實(shí)是正確的。

一般情況下，如果一株植物想盡可能吸收太陽(yáng)能，吸收太陽(yáng)光譜中的綠色光是最佳選擇，因?yàn)樘?yáng)光中綠光的能量最高。然而，絕大多數(shù)植物并不吸收綠光，而是反射綠光，這是因?yàn)椤冈谔?yáng)光譜里，綠光很多，但很不穩(wěn)定。對(duì)植物而言，它們并不喜歡綠光，因?yàn)榫G光很難穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化能量。」

對(duì)于綠光，植物是拒絕的，它們將綠光反射掉，所以植物看起來(lái)都是綠色的。


太陽(yáng)能電池板做成綠色的原因

綠色的植物反射太陽(yáng)光中的綠光，目的是希望穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化能量，這無(wú)疑與太陽(yáng)能電池板所面臨的困境極為相似：因無(wú)法穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化電能，從而影響發(fā)電效率。

眾所周知，太陽(yáng)能電池發(fā)電的過(guò)程往往是這樣的：當(dāng)太陽(yáng)能電池里的分子吸收太陽(yáng)光時(shí)，某些電子的能量等級(jí)開始提升。分子并不能控制這些能量，所以它將電子轉(zhuǎn)移到不同的分子，從而形成電流。如果電流不穩(wěn)定，那發(fā)電效率則無(wú)從談起。

Gabor教授認(rèn)為，太陽(yáng)光線中的綠光非常充裕，然而對(duì)植物或者太陽(yáng)能電池來(lái)講，綠光并不受歡迎。電池板在某種特定波長(zhǎng)吸收的光線越多，信號(hào)就越波動(dòng)，從而讓吸收能量變得低效。總之，綠光雖強(qiáng)，但極不穩(wěn)定，太陽(yáng)能面板如果想要提高效率，必須避開綠光。

與此同時(shí)，Gabor和他的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，提高太陽(yáng)能電池發(fā)電效率的最佳途徑是吸收兩種不同顏色的太陽(yáng)光，并且兩種顏色都不要包含綠色。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)此種理論，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種太陽(yáng)能電池，該電池能避開太陽(yáng)光線中的綠光。

在實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)光數(shù)量發(fā)生改變時(shí)，太陽(yáng)能電池吸收一種光線多，而另一種光線少，從而實(shí)現(xiàn)了能量的穩(wěn)定輸出。

最終，該電池實(shí)現(xiàn)了有效調(diào)節(jié)自身能量的輸入與輸出，起到提高太陽(yáng)能電池板發(fā)電效率的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與他們此前的預(yù)測(cè)驚人一致。

這篇有意思的論文叫《綠色量子光電池中能量流的自然調(diào)控》，已發(fā)表在頂級(jí)科技期刊《美國(guó)化學(xué)協(xié)會(huì)雜志》(ACS Journal)的納米研究板塊。

在筆者看來(lái)，如果該太陽(yáng)能電池最終能從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)，那么在不遠(yuǎn)的將來(lái)，我們所見到的太陽(yáng)能電池板可能就不再是黑色或者藍(lán)色，而是像植物一樣的綠色了。