困擾著薄膜太陽能電池開發的一大問題是“收益遞減”效應，即薄膜越薄，製造成本越低，但變得更薄時，會(hui) 失去捕光能力。加州理工學院的研究人員發現，當薄膜厚度等於(yu) 或小於(yu) 可見光波長時，其捕光能力會(hui) 變得很強，這可以幫助開發出厚度僅(jin) 為(wei) 當前商用薄膜太陽電池百分之一的新型電池。相關(guan) 研究成果發表在《Nano Letters》上。

　　傳(chuan) 統薄膜太陽能電池的光捕獲能力存在理論極限，稱為(wei) “射線-光極值”，用於(yu) 表示材料能夠捕獲的最大光量，但僅(jin) 當材料達到一定厚度時才能達到這一峰值。目前，研究人員已研製出幾十分之一納米厚的太陽電池，但這種薄膜電池會(hui) 使大量的光在被吸收前穿透而過。

　　加州理工學院應用物理和材料科學教授Harry Atwater及其同事指出，他們(men) 製備的薄膜厚度小於(yu) 可見光波長（400-700 nm），這種材料由於(yu) 光的波特性而與(yu) 其產(chan) 生相互作用。因此，材料的吸光能力不再取決(jue) 於(yu) 材料的厚度，而取決(jue) 於(yu) 材料與(yu) 光線之間的波相互作用。

　　通過計算和計算機模擬，Atwater團隊證實，提升材料吸光率的技巧在於(yu) ，創造更多“光態”給光占據，這些“光態”就像空位有點類似電子的能級，能夠接納特定波長的光。材料中光態數目的多少部分取決(jue) 於(yu) 它的折射率，材料折射率越高，越能夠縮短透過其中的光的波長，材料也能夠支持越多的“光態”。早在2010年，斯坦福大學教授Shanhui Fan等人就發現，高折射率材料的存在能夠有效提高低折射率材料的折射率，增強其吸光能力。

　　Atwater團隊對上述思路予以了概括，並證明在許多薄膜吸光材料中塞滿“光態”會(hui) 促使其吸收更多的光。而且可以通過若幹種方法，例如用金屬或者含有光波長量級圖案的晶體(ti) 結構覆蓋在吸光層上，或者將吸光材料嵌入一個(ge) 更複雜的三維陣列中，都可以提高吸光材料的有效折射率。

　　美國Toledo大學的Robert Collins表示，Atwater團隊的研究是“非常關(guan) 鍵的第一步”。但他也認為(wei) ，這項技術還麵臨(lin) 著諸多挑戰，比如，需要額外的工業(ye) 過程來製造這些超薄的薄膜，這會(hui) 導致成本增加。