黄铁矿，也被称为硫化铁，从加州山丘到中国云南小镇，几乎可在任何地方开采出来。但研究员赛勒斯•瓦迪亚（Cyrus Wadia）并非打算挖掘黄铁矿，而是在其加州大学伯克利分校的实验室中制作纯净的纳米铁硫盐化合物微粒。他最终希望将黄铁矿变为至宝：一种廉价的太阳能电池。

　　今天，大多数太阳能电池的原料是硅，但成本昂贵：尽管硅资源丰富，但转换硅为光伏需要大规模高能耗处理。一些材料更易加工，制作电池薄膜花费更少，比如碲化镉和铜铟镓二硒。但制造这些化合物的元素，比如碲和镓，太稀少以至于不能满足全球能源需求。

　　所以，瓦迪亚研究了可能应用的太阳能电池材料，不仅检验了他们的物理与化学性质，还考虑了他们的可行性。其中黄铁脱颖而出：它资源丰富且成本低廉，并且有着高效转化太阳光为电能的光学特性。瓦迪亚说：“理论上，硫化铁的转化效率为31%。这与硅一样出色。”而且，20纳米的黄铁吸收的太阳光相当于300微米的硅。由于它能吸收更多的太阳光，便可以制造出更薄的，需要原料更少的电池。

　　位于科罗拉多州古登市的国家可再生能源实验室的一名高级科学家，马修•比尔德（Matthew Beard）认为，瓦迪亚与其同事“展现了一个令人信服的理由来研发这些材料”。尽管那些用于新薄膜的元素的稀有程度目前还不关键，但长期来看，这绝对是个问题。与此同时，他们还提出一个更为现实的难题：一些材料是有毒的。这些缺点使其他材料值得开发，比如黄铁。

　　之前使用黄铁制作的太阳能电池的设备，在最佳情况下，仅能转化2.8%的太阳光为电能。瓦迪亚认为，黄铁晶体结构的不一致导致效率低下。他最先做出黄铁纳米微粒，而且，他的方法可制造出结构一致的，令人满意的黄铁晶体。他相信，最终成果将在太阳能电池应用上超越传统黄铁。

　　结晶创作

　　黄铁的晶体结构有许多形式。然而，其中仅仅一种有着制造优异太阳能电池材料的电子特性，而且需要适当的pH值与温度，以产生仅该结构纳米晶体能够存在的溶液。为了制作该晶体，瓦迪亚将橙垩色铁盐、透明硫化盐、充满气泡的荧光表面活性剂滴入聚四氟乙烯内壁的金属筒里。活性剂可防止微粒凝块。他将金属筒放入高压容器于200度烘烤4小时。拿出后，瓦迪亚拧开金属罐，便可看到底层呈黑色的透明液体：约100至500纳米宽的纯净黄铁纳米晶体。

　　为了转化太阳光为可用电能，太阳能电池需要两种不同类型的半导体。当光子撞击硫化铁时，化合物中的电子被激活——但这些负电荷无法流出电池并进入外部电路，除非有另一种电子特性的化合物拉开正电荷，其称为“空穴”。其中一种备选材料是硫化铜，同样是丰富而廉价的材料。瓦迪亚与普渡大学化学工程助理教授吴越（Yue Wu）合作，已制出该纳米晶体。

　　瓦迪亚通过将铜、硫化盐与表面活性剂注入热盘上的三口烧瓶合成硫化铜纳米晶体；随着磁性棒在里面旋转，化合物纳米微粒逐渐形成。在除去活性剂，并将纳米微粒重新悬浮于三氯甲烷中后，瓦迪亚将微粒装入密封操作箱。箱子里面有尺寸为2.5平方厘米，被铟锡氧化物覆盖的玻璃芯片以用作电极触头。瓦迪亚将玻璃芯片放在小碟盘上，将墨黑的黄铁纳米晶体悬浮液滴在其上。之后，将碟盘飞速旋转一分钟，使纳米晶体均匀扩散至一层上。接着他把芯片放在热盘上加热10到15分钟，以将微粒固定于表面。

　　瓦迪亚用硫化铜溶液进行重复操作之后，底部电极触头被纳米微粒层覆盖。他用普通棉签快速擦拭芯片以再次暴露用作电池底部电极触头的铟锡氧化物。接着他用外壳包住芯片，露出两组方形钉头，每组有4个。瓦迪亚将芯片与一小片固体铝装入金属钟形罩样的蒸馏器。当他密封好蒸馏器后，将其加热；铝蒸发后冷却，在芯片暴露部位凝固。这就制作出了被引至芯片边缘的8个方型电极触头。

　　黄铁矿前景光明

　　该芯片现已做好测试准备。瓦迪亚拧开太阳能电池测试仪，将芯片放入后重新拧好。接着，他打开模拟太阳光波长分布的灯光。当灯光照射到芯片，该系统检测到通过芯片的电流、电压、以及其他一些参数。屏幕则会显示通过电池的电流与电压。目前为止，尽管伯克利研究员使用硫化铜与硫化镉组合使电池有着1.6%的效率，黄铁制电池表现仍然令人失望。这对于实际应用不够好，但结果足以证明继续研究该技术的价值。

　　黄铁制的电池更为可取，因为该材料毒性更小，而且比镉化合物更易于回收。然而，当黄铁纳米微粒被转到芯片上时，就会出现纳米大小的针孔。对于电子，这些极小的缝隙就像大峡谷——它们无法穿越、转移到外部电路中。相反，这些电子将跑到底部电极，引起电池短路。

　　制作高质黄铁薄膜很困难，因为纳米晶体在任何液体内都很容易沉淀。微粒悬浮得更好，就越容易形成薄膜。瓦迪亚相信，更小的微粒能更好地悬浮：硫化铜微粒大约5纳米宽，黄铜微粒是其尺寸的20到100倍。瓦迪亚正尝试一切能使微粒变小的方法，包括物理压捻，以及调整化学反应环境。他还与劳伦斯伯克利国家实验室的生物工程师们合作，通过基因设计能在衣壳聚集黄铁纳米微粒的病毒；接下来就可以将病毒排列成均匀的薄膜。

　　瓦迪亚承认，他还需要很多年才能做出高效的黄铁纳米晶体太阳能电池。但是，他的最终目标是制作出成本足够低的电池以使太阳能占据主导能源地位。他表示：“我仅仅需要实现理论。”