在纳米尺度上捕捉阳光

太阳能电池不是一个新概念，但它们是一个巨大增长的领域。事实上，众所周知的光伏发电被认为是发展最快的能源技术。但是，尽管太阳能听起来很棒，但由于电池本身效率相对较低，长期以来一直受到阻碍，而这正是研究人员正在努力改进的地方。Niraj Lal是剑桥大学卡文迪什实验室纳米光子学小组的一名研究员。嗨,Niraj。

Niraj -你好。

戴安娜:那么，你能告诉我们为什么现在的细胞表现不佳吗?

Niraj -我认为你在屋顶上看不到太阳能电池的原因是因为它们的制造成本很高。制造它们的材料非常昂贵，而且它们的效率也不像我们希望的那样高。所以，当阳光照射到太阳能电池上时，一些阳光会从太阳能电池的顶部反射出去，而另一些则直接穿过，然后出来再回来，甚至没有被吸收。

戴安娜:那么我们如何利用纳米技术来改善这种情况呢?

Niraj——全世界的科学家都在发现，当我们在纳米尺度上构建一种材料时，一个非常小的尺度，它会以不同的方式与光相互作用——我们以前从未见过的方式。其中一种方法是将光集中在我们以前无法集中的区域——金属表面的顶部。这就是所谓的等离子体，我们可以利用这些集中的光来增加太阳能电池的吸收，提高效率。

戴安娜:但这到底是怎么回事呢?

Niraj -对于某些金属，通常是金和银，有时铜和铝，你会得到同样的东西，当你用合适的颜色照射它们时，如果你用合适的颜色照射它们，并且你有合适的结构，你可以在金属内部建立共振，在金属内部指控金属的。所以，如果你把光照射在金属表面上，你激发这些电荷前后移动，你可以在金属的上表面设置一个集中的光，这就是所谓的等离子体激元。这就是我们正在努力做的。我们正在尝试用这些等离子体来提高太阳能电池的效率。

戴安娜:你已经听到了一个与你共鸣的例子。你能给我们示范一下吗?

Niraj -是的。我这里有一个佛教唱钵;僧侣们用它来帮助他们冥想。这是一个黄铜碗，和麦片碗差不多大。我这里有一根木棍，我在碗的边缘旋转它。如果我用合适的频率驱动它，我可以在碗里建立一个共振响应。这是一个机械响应，一个机械的共振但同样的事情也发生在小10万倍的结构上。这就是我博士的研究方向——利用这样的结构来增加吸收，提高太阳能电池的效率。

戴安娜:那么你是如何制造这些纳米结构的呢?

Niraj -这很酷。他们所做的就是从豆袋里取出豆子，那是聚苯乙烯球，但是要小得多，他们把豆子放在溶液中干净的金属表面上，然后把它们烘干。当它们变干时，它们会排列成六边形晶格。当它们都干了，都准备好了，我们用电化学从它们后面长出金或银或其他金属。当我们把它们长到一半高或者比一半高一点的时候，我们停下来，然后溶解掉这些球体——溶解掉豆袋，剩下的就是到处都是小气泡的区域这就是我们所说的纳米空洞。我们利用等离子体共振来提高或尝试提高太阳能电池的效率。

戴安娜:有了这项技术，他们的效率能提高多少?

Niraj -所以上周我们做了一批太阳能电池，在特定波长下显示的电量是原来的两倍。这是一个初步的结果，我们仍在努力弄清楚到底发生了什么，但这是令人兴奋的。

戴安娜:那么推测，这些还没有部署到任何地方，也没有人在世界各地使用它们?

Niraj:还没有。我认为，这种设备真正安装在屋顶上还需要一段时间，但效率每年都在提高，我认为，如果这项技术奏效，在5到10年内，我们将在屋顶上看到它们。

戴安娜:太棒了!谢谢你，Niraj。这是Niraj Lal，他在剑桥大学纳米光子学小组工作。