中国科学家研发出雨天也能发电的太阳能电池

大千世界

2016年04月16日 11:27 界面

　　

　　来源：界面 作者：江帆JF

　　作为人类“理想型”能源的太阳能，依靠着电池技术改变了获取能源的传统方式。但这一技术却受制于太阳能的最大软肋——天气因素，太阳能电池无法在不理想的天气情况下输出最优功率。

　　虽说雨水可以冲洗掉太阳能电池上阻碍光线照射的灰尘或污垢，相对起到了提高效率的作用。但不可否认的是，当碰到下雨或多云的天气，太阳能电池的产能效率也随之大打折扣，其中的能量几乎全是之前储存的。

　　

　　多年来，工程师和材料学家在提高太阳能电池发电效率、扩大储电容量上的作为颇多。然而，中国科学家们另辟蹊径，借助“万能石”石墨烯，成功开发出一种和雨天相当“合拍”的新型太阳能电池。

　　“我们想要开发出一种阳光和雨水都可触发的太阳能电池。”该研究的领头人中国海洋大学材料科学家唐群委说。

　　3月21日，中国海洋大学(青岛)与云南师范大学(昆明)的科研团队在德国期刊《应用化学国际版》上发布研究报告详细阐述了这项成果，为了使得雨水也能产生电能，研究人员在高效染料敏化太阳能电池表面上覆盖了一层石墨烯薄膜。

　　

　　石墨烯结构图

　　众所周知，“万能石”石墨烯是一种碳原子呈蜂窝状排列组合成的二维晶体，与它具备的许多其他优势相比，石墨烯以其卓越的导电性最为闻名，其表面富含大量离域电子(即自由移动的电子)，在遇水的情况下，石墨烯的电子可吸引正电荷离子，即我们熟知的路易斯酸碱电子理论，这一属性也可用于去除溶液中的铅离子和有机染料。

　　

　　原理图

　　该科研团队受此启发，使用石墨烯薄膜来从雨水中获取电能。要知道，雨水并不是毫无杂质的纯净水，其中含有能分离成正负离子的盐份，其中正电荷离子主要为钠离子、钙离子与氨盐基。据外媒《IEEE综览》报道，为了巧妙利用这些化学成分，科学家选用了能够吸引正离子的石墨烯薄膜，在雨水与石墨烯的接触点上，这些成分会被吸附到石墨烯表面，这层带正电的离子层会与石墨烯的负电电子作用结合，形成一个电子与正电荷离子组成的双层结构，能起到电容器一样储备电能的效果，双层间的势能差足以产生电压和电流。

　　

　　在测试过程中，科学家们在染料敏化太阳能电池上加了一层石墨烯薄膜，然后把它们放在一种由铟锡氧化物和塑料制成的柔韧且透明的基质上，由此形成的柔韧度高的太阳能电池的光电转换效率为6.53%，并能从用来模拟雨水的盐水中产生数百的微伏特(microvolt)。

　　“未来太阳能电池的发展趋向可能是全天候的。”唐群委说，但这一研究尚处于概念阶段，距离投入商用还需很长一段时间。唐群委还表示，他们未来的研究力度将集中于如何有效控制雨水中的各种离子，以及如何利用雨中那些常见的低浓度离子发电。