太陽——天空中那座發電廠——將充足的能量灑向地球，足以滿足世界電力需求的多倍。它不排放二氧化碳。它不會耗盡。而且它是免費的。
那麼，人們究竟如何將這豐富的陽光轉化為有用的電力呢？
太陽光（以及所有光）都蘊含能量。通常，當光線照射到物體時，能量會轉化為熱量，就像你坐在陽光下感受到的溫暖一樣。但是，當光線照射到某些材料時，能量會轉化為電流，我們可以利用這些電流來發電。
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老式的太陽能技術使用由矽製成的大晶體，當光線照射到這些晶體時會產生電流。矽之所以能做到這一點，是因為晶體中的電子在暴露於光線下時會移動，而不是僅在原地抖動產生熱量。矽將大部分光能轉化為電能，但由於大晶體難以生長，因此價格昂貴。
較新的材料使用更小、更便宜的晶體，例如銅銦鎵硒，可以將它們製成柔性薄膜。然而，這種“薄膜”太陽能技術在將光轉化為電能方面不如矽。
目前，太陽能僅佔美國總髮電量的一小部分，因為它比廉價但高汙染的煤炭等替代品更昂貴。太陽能發電的價格大約是人們為插座中出來的電流支付價格的五倍。
為了有希望取代化石燃料，科學家需要開發能夠輕鬆大規模生產並能將足夠多的陽光轉化為電能以使其值得投資的材料。
我們請加州勞倫斯伯克利國家實驗室副主任、他們的Helios太陽能研究專案負責人保羅·阿利維薩託斯解釋人們如何從陽光中捕獲能量以及我們如何才能做得更好。
[以下是採訪的編輯稿。]
什麼是太陽能電池？
太陽能電池是人們可以製造的一種裝置，它利用陽光的能量並將其轉化為電力。
太陽能電池如何將陽光轉化為電力？
在晶體中，[矽原子之間的]鍵是由晶體所有原子之間共享的電子組成的。光被吸收，其中一個鍵中的電子被激發到更高的能級，並且可以比被束縛時更自由地移動。然後，該電子可以在晶體中自由移動，我們可以獲得電流。
想象一下，你有一個壁架，就像牆上的架子一樣，你拿一個球把它扔到那個壁架上。這就像將電子提升到更高的能級，它不能掉下來。一個光子[光能包]進來，將電子撞到壁架上[代表更高的能級]，它會停留在那裡，直到我們可以來收集能量[透過使用電力]。
植物捕獲光能和我們使用太陽能電池捕獲光能的最大區別是什麼？
我們希望我們能像植物那樣做，因為植物會吸收光，並且[它們使用]該電子來改變植物內部的化學鍵，從而真正製造燃料。
你能進行人工光合作用並模仿植物嗎？
我們很樂意能夠製造出一種太陽能電池，它可以製造燃料而不是電力。這將是一個非常大的進步。目前，研究人員正在積極研究這一課題，但很難預測我們何時能夠使用它。
我們喜歡植樹的原因之一是它們可以將空氣中的二氧化碳排出。如果我們[用太陽能電池]做到這一點，那麼我們就可以更直接地解決全球變暖問題，因為我們將從空氣中提取二氧化碳來製造燃料。
目前的太陽能電池在捕獲光能方面的效果如何？
因此，我們可以談論功率效率。典型的晶體矽電池的功率效率在 22% 到 23% [範圍內，這意味著它們將照射到它們的光的 23% 轉化為電力]。你通常可以負擔得起安裝在屋頂上的電池的效率會更低，在 15% 到 18% 之間。效率最高的，例如用於衛星的電池，其功率效率可能接近 50%。
功率效率是一個衡量標準，但我們非常關心的另一件事是它們的製造成本和生產規模。
我認為，矽技術不容易[向上]擴充套件[因為它製造成本高]。我們需要發明一些新技術，[這]可能效率不高，但如果你想要獲得大量能量，就需要能夠製造數百萬英畝的材料。人們正在嘗試使用塑膠和奈米粒子等新材料。
2004年太陽能總產量約為美國總耗電量的千分之一。這遠遠不夠。必須做出改變。我們還沒有達到目標。還有很多發現有待完成。