从各种形式的阳光中收集能量

太阳光由被称为光子的小能量粒子组成，这些光子可以像紫外线或蓝光那样具有大量能量，也可以像红光或可见光那样具有中等能量，也可以像红外线或热辐射那样具有很少的能量。当这些光子撞击太阳能电池时，它们所做的是使一个电子松动，然后这个电子可以在我们的电路中四处传播，给我们提供能量。要做到这一点，光子只需要最小的能量。但是如果它们有更多的电子，它们仍然只能释放一个电子，这就是太阳能电池效率不高的原因。它们的效率可以提高两到三倍。

Chris -所以如果我们有办法把那些能量很高的光子，转换成能量更低的光子，我们就能得到更多的电子，因此，电池的整体效率就会高得多。

完全正确。如果你把这些高能紫外光子简单地切成两半，把能量切成两半所以我们有两个能量减半的粒子，那么你会从这些光子中得到两倍的能量。

克里斯-我们能做到吗?你能把一个波长的光，比如紫外线，转换成更长的波长吗，就像你说的?这可能吗?

是的，这是可能的，而且实际上很容易。很容易把一个光子，一个紫外光子，变成一个可见光或红色光子，这其实很容易。这就是荧光灯管照明的原理。这样我们就知道怎么做了。更棘手的部分是当你想把它切成两半，这样你就能从紫外线中获得两倍的光或光子。这就是问题所在。我们可以对高能光子这样做。这已经非常有效地完成了。诀窍在于对存在于阳光中的光子进行处理。这一点还没有人做到。

Chris -所以，我们知道如何处理像紫外线这样的高能光子，但是因为在地面上到达我们的紫外线并不多，你是说尽管存在这样做的材料，我们还没有真正利用它的光。所以我们需要一种新的材料来处理我们现有的光子，并以这种方式切割它们。

是的。我们知道如何转换存在于大气层外空间的高能量紫外线，但是我们被太阳晒掉的紫外线，它没有足够的能量来处理这种材料。

克里斯-你是如何应对的?你在做什么来克服它?

嗯，我使用一种非常特殊的合成方法，叫做原子层沉积。它让我可以很好地控制哪些原子彼此相邻。这种材料通常有两种成分，一种吸收你想要的光，另一种释放你想要的光。你需要这些在其他位置，所以你有一些吸收的东西在它周围必须有这些发射体在发射体周围，必须有吸收体。所以，如果它们随机地混合在一起那么这里有一堆发射体，那里有一堆吸收体，这是行不通的。但如果你真的能控制彼此相邻的物质，你就能更好地控制发生的事情以及物质中发生的物理现象。

克里斯:那么这个阵列会起作用吗?因为吸收器吸收能量并将其传递给隔壁的发射器，然后发射出你想要的波长的光子，然后它们被带走并吸收到半导体材料中，从而产生电流。

是的，这就是它的工作原理。

克里斯:那我们可以用什么材料呢?你基本上是在尝试不同的组合来看看你是否能得到正确的吸收和发射还是你已经有了一些候选的你知道是正确的化学物质?

是的，两种都有。我们知道我们需要什么。我们只需要一些能吸收紫外线和蓝光的东西，很多东西都能做到这一点，比如防晒霜能吸收紫外线。例如，防晒霜由氧化钛组成。好的，氧化钛，可能是个不错的选择。然后你只需要找到能发光的东西，然后我想到，好吧，什么会发光，电视会发光。在电视里，让电视变红的是铕。把这两个结合起来就行了。当然，这不是我的大秘密。我的大秘密比这更花哨，但这是你正在经历的一种探索——什么能吸收它，什么能释放我想要的东西，然后把它们结合起来。 And then you need to combine it in these very particular ways that everything sits at the right place.

所以这些原子以正确的构型沉积。

是的。

Chris -如果你能做到这一点，那么我们可以用光伏发电实现怎样的效率变化?它会变成什么?

嗯，你现在在市场上能买到的普通硅太阳能电池的效率通常在16%到20%之间，有时可能会更高一点。对于红光，或者介于红光和900纳米之间的光，实际上效率要高得多。效率大概是60% 70%甚至80%所以，如果你真的能把所有其他的能量，转换成红光，那么就没有问题了，只要用你在你的小屋里的普通太阳能电池，你就会突然得到50%的效率。

克里斯-这是一个巨大的进步。我认为这个数字就像是一天照射到地球上的阳光相当于整个世界一年消耗的能量。所以如果我们能让电池达到这样的效率，我们实际上可以做很多事情来抵消我们所担心的问题，解决气候变化和能源工业的所有类似问题。

是的，我们有充足的阳光。如果我们能有效且廉价地转换它，那么实际上我们就不需要其他东西了。

克里斯:那么，你认为你离实现你正在研究的技术还有多远?我们还需要多久才能看到这些新型涂层用于光伏发电，这样你就可以利用我们目前扔掉的额外能源了?

现在世界各地都在进行这样的测试——一个紫外线变成一个红光或类似的东西。但是这个1到2光子切割，还没有完成。我希望我们可以在5年，10年的时间里在世界各地看到这种情况。

克里斯:所以我需要在5年或10年后再来看看你是否正确。

嗯，那就回来看看我怎么样了。

克里斯-我会的!