太阳——天空中那座发电厂——将充足的能量洒向地球，足以满足世界电力需求的多倍。它不排放二氧化碳。它不会耗尽。而且它是免费的。
那么，人们究竟如何将这丰富的阳光转化为有用的电力呢？
太阳光（以及所有光）都蕴含能量。通常，当光线照射到物体时，能量会转化为热量，就像你坐在阳光下感受到的温暖一样。但是，当光线照射到某些材料时，能量会转化为电流，我们可以利用这些电流来发电。
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老式的太阳能技术使用由硅制成的大晶体，当光线照射到这些晶体时会产生电流。硅之所以能做到这一点，是因为晶体中的电子在暴露于光线下时会移动，而不是仅在原地抖动产生热量。硅将大部分光能转化为电能，但由于大晶体难以生长，因此价格昂贵。
较新的材料使用更小、更便宜的晶体，例如铜铟镓硒，可以将它们制成柔性薄膜。然而，这种“薄膜”太阳能技术在将光转化为电能方面不如硅。
目前，太阳能仅占美国总发电量的一小部分，因为它比廉价但高污染的煤炭等替代品更昂贵。太阳能发电的价格大约是人们为插座中出来的电流支付价格的五倍。
为了有希望取代化石燃料，科学家需要开发能够轻松大规模生产并能将足够多的阳光转化为电能以使其值得投资的材料。
我们请加州劳伦斯伯克利国家实验室副主任、他们的Helios太阳能研究项目负责人保罗·阿利维萨托斯解释人们如何从阳光中捕获能量以及我们如何才能做得更好。
[以下是采访的编辑稿。]
什么是太阳能电池？
太阳能电池是人们可以制造的一种设备，它利用阳光的能量并将其转化为电力。
太阳能电池如何将阳光转化为电力？
在晶体中，[硅原子之间的]键是由晶体所有原子之间共享的电子组成的。光被吸收，其中一个键中的电子被激发到更高的能级，并且可以比被束缚时更自由地移动。然后，该电子可以在晶体中自由移动，我们可以获得电流。
想象一下，你有一个壁架，就像墙上的架子一样，你拿一个球把它扔到那个壁架上。这就像将电子提升到更高的能级，它不能掉下来。一个光子[光能包]进来，将电子撞到壁架上[代表更高的能级]，它会停留在那里，直到我们可以来收集能量[通过使用电力]。
植物捕获光能和我们使用太阳能电池捕获光能的最大区别是什么？
我们希望我们能像植物那样做，因为植物会吸收光，并且[它们使用]该电子来改变植物内部的化学键，从而真正制造燃料。
你能进行人工光合作用并模仿植物吗？
我们很乐意能够制造出一种太阳能电池，它可以制造燃料而不是电力。这将是一个非常大的进步。目前，研究人员正在积极研究这一课题，但很难预测我们何时能够使用它。
我们喜欢植树的原因之一是它们可以将空气中的二氧化碳排出。如果我们[用太阳能电池]做到这一点，那么我们就可以更直接地解决全球变暖问题，因为我们将从空气中提取二氧化碳来制造燃料。
目前的太阳能电池在捕获光能方面的效果如何？
因此，我们可以谈论功率效率。典型的晶体硅电池的功率效率在 22% 到 23% [范围内，这意味着它们将照射到它们的光的 23% 转化为电力]。你通常可以负担得起安装在屋顶上的电池的效率会更低，在 15% 到 18% 之间。效率最高的，例如用于卫星的电池，其功率效率可能接近 50%。
功率效率是一个衡量标准，但我们非常关心的另一件事是它们的制造成本和生产规模。
我认为，硅技术不容易[向上]扩展[因为它制造成本高]。我们需要发明一些新技术，[这]可能效率不高，但如果你想要获得大量能量，就需要能够制造数百万英亩的材料。人们正在尝试使用塑料和纳米粒子等新材料。
2004年太阳能总产量约为美国总耗电量的千分之一。这远远不够。必须做出改变。我们还没有达到目标。还有很多发现有待完成。