揭秘：蓝光光碟“造”太阳能电池的神奇之处
OFweek光学网讯：蓝光光碟以提供高存储容量和高品质影音著称。不过最近，美国西北大学材料科学与工程系黄嘉兴副教授的研究团队发现，只用蓝光光碟看片实在太屈才了——他们将成龙的《警察故事Ⅲ：超级警察》蓝光光碟上存储数据的图案，印在了太阳能电池片上，结果电池片能够吸收更多的光，转化效率（光能转化为电能）一下提高了22%。
难道成龙这部《超级警察》有神奇的力量，能帮科学家解决难题？当然不是。其实秘密在电影蓝光光碟的蚀刻图案上。
“起先我们预感，蓝光光碟或许能提高太阳能电池转换效率。经过实验发现，将光盘本身自带的图案印在电池上，效果很不错。”黄嘉兴表示，“其实电子工程师和计算机科学家在研究蓝光技术时，就已经无意中帮我们做了一些工作。”
黄嘉兴的团队还尝试过各种蓝光光碟，从电影到电视剧，包括动作片、歌剧、纪录片、动画片和黑白电影。无论是何种视频内容，都可以提高太阳能电池的光吸收率。
黄嘉兴（最右）和他的研究团队。
蓝光光碟中的秘密
虽然发现了蓝光光碟能够帮助电池吸收更多的光，但黄嘉兴还不明白其中的原因。有一天，他在IBM做数据工程师的妻子猜想，这可能与光盘的数据压制方式有关。于是，他们找到电子信息专家寻求帮助。
果然，提高光吸收率的秘密就藏在蓝光光碟的信息代码中——蓝光光碟和普通DVD光碟的原理相似，烧录时会在光盘上蚀刻长短不同的讯坑，代表二进制的“0”和“1”。在读取数据时，激光照射到不同的讯坑上反射不同的激光，光监测器由此读取数据。蓝光光碟在刻录数据时，采用的数据处理算法有两个特点：
压制二进制的视频信息时，“0”和“1”是随机排列的；
为了防止光盘受到划痕或者指纹的伤害，在烧录光盘时，每隔几个有效字节就要加入一段重复的错误控制代码。
随机代码与有规律的错误控制代码组成的纹路，使蓝光光碟上形成了一种特殊的图案——准随机图案。再加上蓝光光碟上的这些小坑要比普通DVD密集得多，代表“0”和“1”的讯坑长度分别为150nm和525nm，这种尺寸的纳米结构恰好非常适合用来捕获整个太阳光谱的光。
DVD、HD-DVD和蓝光光碟的结构对比。
准随机图案有什么神奇之处？
为什么印有准随机图案的电池片，就比随机图案或未经处理的电池片转换效率高呢？我们将规则图案、随机图案、准随机图案和蓝光光碟上的图案，以及进行对比。
a,b,c,d分别为规则图案、随机图案、准随机图案和蓝光光碟图案（左侧），及其对应的亚波长级特征尺寸的傅里叶变换（右侧）。
在对应的傅里叶变换中，红色小圆到蓝色大圆的范围代表太阳光谱范围（315nm-2.5μm），黑点可看成吸收的光。被两个圆套中的概率越大，那么可吸收的光就越多。规则图案（a）基本上没“套住”多少光；完全随机的图案（b）也漏掉不少黑点；准随机图案（c）几乎把黑点都“套住”了；而蓝光光碟图案（d）的情况与（c）相似，也“套住”了不少黑点。所以，和准随机图案十分接近的蓝光光碟图案，能帮助太阳能电池吸收更多的光。
蓝光光碟的正确使用方法
太阳能电池中，负责捕捉光子的是激活层。激活层的纳米机构会影响吸收光的能力。研究人员先剥离蓝光光碟上层的塑料层，用有机硅材料覆盖在光盘上“刻”印章，然后将印章压在事先准备好的PTB7:PC71BM激活层上（PTB7:PC71BM是有机电池中常用的激活层材料）。利用这种方法，研究人员将有机电池的转换效率提升了将近22%。
左图为按过印章的激活层，右图为印过图案的区域出现彩虹色。
在太阳能电池研究领域中，研究人员为了增加电池的转换效率，一直在寻找各种方法改善电池片表面结构，而且还要尽量降低制作成本。做一个准随机图案的纳米结构模板很麻烦，而蓝光光碟正好提供了现成的模板，因此黄嘉兴团队的制作方法不仅有效提高了电池转换效率，而且生产成本也很低——找张光盘就行。
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