納米結構長度決定了什么波長的光會使它產(chǎn)生諧振。新設計的納米楔形結構，具許多不同的長度，可強烈吸光，末端吸收藍光，基座吸收紅光。

有一種新型納米結構的材料，可吸收廣譜光線，從任何角度都可以吸收，可帶來有史以來最有效的薄膜太陽能電池。

研究人員正把這種設計用于半導體材料，以制作太陽能電池，他們希望在材料成本上省錢，同時仍然可以提供很高的功率轉換率。用硅進行的初步測試表明，這樣的圖案可能會使光吸收提高五倍。

傳統(tǒng)太陽能電池通常是100微米厚，或者更厚。研究人員正在研究一些方法，制備更薄的太陽能電池，大約數(shù)百納米厚，而不是數(shù)百微米厚，但具有相同的性能，這就可以降低制造成本。然而，通常較薄的太陽能電池只能吸收較少的光線，這意味著不能產(chǎn)生同樣多的電力。

一些研究人員正求助于奇特的光學效應，這種效應出現(xiàn)于納米尺度，可以解決這一難題。哈利•阿特沃特（Harry Atwater）是加州理工學院（Caltech）應用物理和材料科學教授，也是這一領域的先驅(qū)，現(xiàn)在他提出一種方法，可以在納米尺度設計這些材料的模式，把它們制成太陽能超強吸收劑。

與阿特沃特合作的科瑞•艾登（Koray Aydin），現(xiàn)在是美國西北大學（Northwestern University）電氣工程和計算機科學助理教授，他們開發(fā)這種超級吸收劑設計，充分利用了一種現(xiàn)象，稱為光學諧振（optical resonance）。正如無線電天線會諧振并吸收特定的無線電波，納米光學天線可以諧振和吸收可見光和紅外光。結構長度決定了什么波長的光會使它產(chǎn)生諧振。所以，阿特沃特和艾登設計的結構很有效，具許多不同的長度：楔形狀，具有尖尖的末端和寬寬的基座。這種薄薄的納米楔形，可強烈吸光，末端吸收藍光，基座吸收紅光。

阿特沃特和艾登展示了這種寬波段效應的260納米厚的薄膜，這種薄膜的制備采用一層銀，摻雜一層薄薄的二氧化硅，最后再用另一層薄薄的銀，末端刻有40納米的楔形陣列。阿特沃特說，他們選擇這些材料，因為它們別具有挑戰(zhàn)性：在未制成模式的狀態(tài)，它們都具有高反射率，但制出圖案的薄膜可平均吸收70％的光線，遍布整個可見光譜。這項工作已被介紹，就在網(wǎng)絡版《自然•通信》（Nature Communications）雜志上。

凱利•卡其珀爾（Kylie Catchpole）是堪培拉（Canberra）澳大利亞國立大學（Australian National University）的研究員，她說，這種設計是有前途的，因為它可以作用于寬波段光譜。這些效應，卡其珀爾說，“通常對波長都非常敏感。”不過，她指出，這種設計必須用于其他材料，以改善太陽能電池。

艾登和阿特沃特現(xiàn)在正在做這件事。這些研究人員已經(jīng)制成220納米厚的硅薄膜，吸光量相當于25倍厚的未成形薄膜。

本文為美國Technology Review授權文章，未經(jīng)書面許可，嚴禁轉載使用。