太阳能电池板代表着高科技能源的典范——时尚、静音、清洁、优雅。
几十年来，工程师们通过使用越来越纯的硅来捕获更多的太阳能，不断提高太阳能电池板的效率。
然而，对完美的追求可能即将结束，因为科学家们发现，他们可以通过拥抱原材料中的缺陷，而不是消除它们，来产生更多的太阳能。
发表在《科学》杂志上的一项新研究表明，太阳能的未来在于杂化有机-无机钙钛矿——这种不完美的材料可能比纯硅表现更好。
为了理解它是如何工作的，让我们来看看一个传统的太阳能电池的内部。
在玻璃面板和抗反射涂层下方，是两层薄薄的硅。顶层拥有过量的电子，而底层则缺乏电子。当光粒子穿过顶层时，它们会将多余的电子撞击出来。新释放的电子穿过下层的硅，并在细胞内衬金属板中流动。从那里，它们通过电线传输到最终目的地——无论是手机、笔记本电脑还是电动汽车。
并非所有电子都能帮助雪佛兰沃蓝达（Chevy Volt）的车轮转动或为 iPad 充电。一些电子会因硅的微观缺陷而偏离轨道。为了使太阳能电池高效运行，硅的纯度必须达到 99.999%。即便如此，太阳能电池也只能将约四分之一的太阳能转化为电能。
2009 年，日本科学家们证明，硅可以被杂化有机-无机钙钛矿（HOIPs）取代。与硅不同，HOIPs 即使存在缺陷也能工作。
这是一个很大的进步。理论上，在研发取得重大突破的情况下，硅可以将高达 33% 的太阳能转化为电能。不到十年，HOIPs 的效率就从 4% 提高到了 22%。该研究表明，理论极限可能更高。
哥伦比亚大学博士候选人、该论文的合著者 Prakriti Joshi 表示：“我们谈论的是将太阳能电池的效率提高一倍。”
科学家们表示，对于 HOIPs 而言，缺陷并非问题，因为电子会获得一种“隐形场”，帮助它们避免与材料中众多的缺陷发生碰撞。与硅相比，电子在穿过 HOIPs 时能量损失的速度要慢得多，甚至慢了好几个数量级。
哥伦比亚大学化学教授、该论文的合著者 Xiaoyang Zhu 表示：“这表明我们可以将太阳能电池的效率推向比许多人认为的可能更高的水平。”
问题是，HOIPs 含有铅且水溶性——这意味着 HOIPs 可能会在雨水中溶解并泄漏铅到土壤中，从而可能污染水源。但是，科学家们表示，通过这项研究获得的新见解，将有可能创造出模仿 HOIPs 的环保材料。
Zhu 说：“现在我们可以回去设计对环境无害的材料，真正解决大家都在担心的这个问题。”“这个原理将使人们能够开始设计用于太阳能的新型材料。”
事实上，科学家们正在冲过一场漫长比赛的终点线。太阳的能量必须穿越 9300 万英里荒凉的太空，才能到达太阳能电池的表面。最后那微小的一段路程，穿过两层薄薄的硅，是最困难的部分。更高效——也更不完美的材料——可能很快就能让更多的太阳能通过太阳能电池板，照亮我们的家园。
杰里米·迪顿（Jeremy Deaton）为 Nexus Media 撰稿，这是一个涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的辛迪加新闻专线。你可以在 @deaton_jeremy 上关注他。
