太陽能電池顧名思義就是把太陽光轉(zhuǎn)成電能，有越多太陽光被吸收，就能出現(xiàn)越多的電子。太陽能電池目前最普遍的材料是硅（Si），但硅本身對可見光有40%左右的反射，也就是說照射到硅表面上的太陽光有40%被直接彈回去，無法利用，因此在生產(chǎn)太陽能板射，會在硅表面制作抗反射層，降低反射的損失。反射率越低，就代表越多的光被硅吸收，轉(zhuǎn)成的電能也越多。

既然要把光都吸收，太陽能電池表面應(yīng)該要越黑越好，但大家印象中的太陽能板都有點(diǎn)偏深藍(lán)色，這是因?yàn)檫@種太陽能電池的抗反射層無法完全把藍(lán)光的反射率降到接近0，由于藍(lán)光的反射率比其他顏色的光要高，所以看上去就會是深藍(lán)色。因此要讓太陽光能充分被利用，就要努力使材料表面幾乎不反射，只吸收，顏色也當(dāng)然會是黑色。黑色的硅就是工程師們努力的目標(biāo)，一般來說要制作抗反射層，要把硅表面蝕刻出微米甚至是奈米狀的粗糙結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)越小越細(xì)，反射率就會越低。

這項(xiàng)技術(shù)本身并不難做到，黑硅（blacksilicon）也早就被研發(fā)出來了，但黑硅有一個很嚴(yán)重的問題：當(dāng)太陽能板照光，將光子轉(zhuǎn)成電子后，電子在傳送過程損失很大，硅的表面通常是讓電子損失的重要途徑，雖然黑硅可以吸收很多光，也能轉(zhuǎn)換成很多電子，但是就是因?yàn)楹诠璞砻婕?xì)小的奈米結(jié)構(gòu)讓表面積大幅新增，也就讓更多的電子損失在表面。位于芬蘭的阿爾托大學(xué)（AaltoUniversity）及西班牙加泰羅尼亞理工大學(xué)（PolytechnicUniversityofCatalonia）共同發(fā)現(xiàn)利用原子層沉積（AtomicLayerDeposition，ALD）將氧化鋁覆蓋在黑硅表面作為鈍化層，可以有效抑制電子在表面的損失，將黑硅太陽能電池的效率提高到22.1%，這項(xiàng)研究被發(fā)表在《自然奈米科技》（NatureNanotechnology）上。

黑硅與傳統(tǒng)的深藍(lán)色的太陽能電池不同的地方在于，傳統(tǒng)硅太陽電池是利用堿液（通常是堿金族的氫氧化物），將硅表面蝕刻出類似金字塔的微米結(jié)構(gòu)；而黑硅是利用反應(yīng)離子刻蝕（Reactive-IonEtching，RIE）在表面蝕刻出奈米等級的小結(jié)構(gòu)。利用堿液蝕刻出來的結(jié)構(gòu)尺度較大，抗反射效果比較差，而且蝕刻過程損失的硅也比較多；而利用反應(yīng)離子刻蝕不僅結(jié)構(gòu)小，損失掉的硅也比較少，抗反射效果也比較好。

抗反射有兩個重點(diǎn)，一是寬波段，二是廣角度。太陽光光譜從紫外光、可見光一路到紅外光，假如能讓這整個波段的反射率都很低，就能有效運(yùn)用所有光線，如同前面所提到，抗反射的大原則就是表面結(jié)構(gòu)越細(xì)越小，反射率就越低、波段越寬，這也是為何黑硅可以這么"黑"的原因之一，這項(xiàng)研究中的黑硅在可見光的波段反射率都低于1%，可以說幾乎所有的光都被吸進(jìn)去了；抗反射的另一個重點(diǎn)是廣角度，因?yàn)樘柟獠粫恢睆恼戏秸障聛恚瑥娜粘龅饺章?，太陽幾乎都是有角度的，絕大多數(shù)的材料，隨著入射角變大，反射率也會急遽上升，造成太陽能電流下降。這項(xiàng)研究中的黑硅電池，在60度入射角時電流只比垂直入射少1%，效率幾乎不會受到太陽照射角度影響。主持這項(xiàng)研究的HeleSavin教授表示：這對身在北歐的我們尤其重要，大部分時間太陽都是用很低的角度入射。

他們所發(fā)表的這項(xiàng)研究將黑硅太陽能電池的效率從18.2%推升到22.1%，可別小看這3.9%差距，在太陽能電池領(lǐng)域，提升1%都是大新聞了，更何況3.9%。目前黑硅太陽能電池尚未商業(yè)化，所以在路上還看不到這種黑黑的太陽能板，參與這項(xiàng)研究的研究員PabloOrtega表示：大概再過三四年，我們就可以看到黑硅的太陽能板出現(xiàn)在市場上并運(yùn)用在工業(yè)界了。