可在雨天发电的太阳能电池

自1954年美国贝尔实验室发明第一块单晶硅太阳能电池以来，在人类利用太阳能发电的历程中陆续出现了GaAs(砷化镓)电池、多晶硅电池、非晶硅电池、CdTe(碲化镉)电池……1991年，瑞士联邦理工学院的科学家又研发成功了介孔染料敏化太阳能电池，不仅将这一电池的发电效率由1%以下提升至7.1%，而且还采用了薄膜化技术，使其更加轻便、柔韧，并由此掀起了薄膜太阳能电池研究的热潮下面，小编为大家介绍可在雨天发电的太阳能电池相关产品知识

中国的太阳能电池研发起步于20世纪50年代中后期，当时仅限于航空航天领域，直至21世纪初才进入民用领域，且主要以各类晶硅电池为主而对于新兴的染料敏化太阳能电池的研发，唐群委用“各有特色”来形容目前中国的研究态势

“有的单位以有机染料见长，有的学者主要研究纤维太阳能电池，有的团队以凝胶电解质研究著称，而我们侧重于‘导电’凝胶电解质和合金对电极的研究”唐群委说，电解质、对电极一直是制约染料敏化太阳能电池发展的两大技术瓶颈，前者易泄露、挥发，后者成本高、易溶解“针对此，我们专注于‘导电’凝胶电解质和合金对电极的研究，并取得了良好的成效”

自2012年以来，唐群委带领科研团队聚焦技术瓶颈，大胆创新，取得了令学术界同行刮目相看的成绩先是他们采用自主研发的“导电”凝胶电解质组装的太阳能电池的最高光电转换效率达到了9.1%(普通凝胶电解质电池的转换效率为6%，液体电解质电池的转换效率为7%)，开创了凝胶电解质研究的新模式;接着他们采用自己发明的合金对电极组装的太阳能电池的发电效率达到了12.75%，已接近世界先进水平，进一步缩小了与发达国家的差距此外，他们还开发了以Co-Ni(钴镍)合金为原料的低成本对电极材料，并获得了8.3%的电池效率，在染料敏化太阳能电池规模产业化的道路上又前进了一步

在太阳能电池的基础研究中，除了聚焦电解质、对电极这两大制约染料敏化太阳能电池发展的瓶颈外，唐群委还向另一长期困扰太阳能电池科学界的难题发起了冲击“太阳能电池在暗环境发电效率低，甚至不发电一直是无法解决的难题十多年来，国际上投入了大量的人力、物力、财力研究也没有明显起色”唐群委说从事其他研究之余，他也一直在思考这一难题，但始终没有想到破解之法，直到2022年在与云南师范大学杨培志教授的聊天中他才得到启发，最终促成了可在雨天发电太阳能电池的问世

创新：思路一变天地宽

2013年11月，第九届中国太阳级硅及光伏发电研讨会在江苏常熟举行，会议期间唐群委与来自云南师范大学可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室教授杨培志一见如故在太阳能电池研究方面的志趣相投、理念一致，以及知识结构和研究背景的互补性使二人成为亲密无间的科研合作伙伴“在一次交谈中，杨培志教授说如果能开发一种在夜晚和阴雨天等其他天气情况下也能发电的太阳能电池，那对光伏发电的推动作用将是非常大的”唐群委说，正是有了杨培志教授的点拨，他才有意识地思考在其他天气情况下的太阳能发电问题

如果说学术同行的点拨为唐群委指明了研究的新方向，那么偶然间读到的一篇论文，成为了他正式开始雨天发电太阳能电池研发的催化剂“2022年，一次偶然的机会，我读到南京航空航天大学郭万林教授的一篇文章，他们团队在实验中发现一滴盐水在石墨烯材料上流动会产生电信号”唐群委说，通过理论计算和数值模拟，郭万林团队对这一现象提出了合理解释：水滴中的阳离子与石墨烯的离域电子结合形成双电层电容，水滴的前部阳离子逐渐与电子结合，相当于给电容充电;而水滴的尾部阳离子与电子脱离，相当于给电容放电，这一充放电过程就产生了电信号“受此启发，我就考虑雨滴滴落在石墨烯材料上是否也能产生电信号呢”?

雨水并非纯净水，受海风、风化、闪电等各种自然因素的影响而含有钠离子、钙离子、铵离子等阳离子以及氯离子、硫酸根离子、硝酸根离子等阴离子，这些离子的含量与种类还会因气候和环境的不同而呈现出明显的区域性差异唐群委带领科研团队迫不及待地进行了实验，果不其然，雨滴滴落在石墨烯材料上也会形成阳离子/电子双电层“赝电容”，雨滴在石墨烯表面的铺展-收缩过程即为“赝电容”充、放电，进而产生电压和电流

“如何把石墨烯和现在的太阳能电池结合，进而制造出既可在晴天时运用太阳光发电，又可在下雨天利用雨水发电的新型太阳能电池是我们遇到的最大挑战”唐群委表示实验初期，他们把透明的石墨烯放置于太阳能电池的上层，白天有光照时，太阳光先穿过石墨烯，再照射到太阳能电池板上发电下雨天，雨水直接滴落在最外层的石墨烯板上发电“不同方法研制的石墨烯性能有差异，且石墨烯的透光率并非100%，以至于正常光照时电池效率比没有石墨烯的电池效率有所降低，这在实际应用中并不经济”唐群委说，经过多个方案的比较研究，最终采用杨培志团队研制的石墨烯，在太阳能电池上通过热压法组装完成了相关实验，但石墨烯薄膜与太阳能电池的合理耦合仍然是一个需要不断探索和创新的课题

在使用一定浓度的氯化钠溶液模拟雨水的实验中，此太阳能电池实现了大约100微伏/滴的电压和0.5微安/滴的电流输出以及6.53%的光电转换效率有学者在写给唐群委的邮件中表示，这项工作的贡献不在于产生了多少电能，而是提出了太阳能电池向全天候发展的新思路，打破了以往科学研究中过分关注如何高效利用和转化太阳光的思维方式

未来：打造全天候太阳能电池

作为全球光伏发电装机容量最大的国家，2022年底，中国的装机容量已达4318万千瓦，但其电池类型主要以晶硅电池为主第三代太阳能电池产品——染料敏化太阳能电池的产业化之路才刚刚起步

谈及雨天发电太阳能电池的产业化之路，唐群委表示，从实验室到工厂还有很长的路要走，但他对该项目的应用前景保持乐观“雨量充沛但太阳能资源不够丰富的地区，酸雨多发地区，以及岛礁供电和海上航行等领域都能派上用场”着眼更长远的未来，唐群委说：“雨天发电太阳能电池不是最终目标，研发‘全天候太阳能电池’才是我们的终极理想，未来的太阳能电池有望在任何天气情况(白天、夜晚、阴、雨、雾、霾等)下发电”

这些就是可在雨天发电的太阳能电池的内容

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