【科研】高校研發(fā)雨天太陽能電池取得新進(jìn)展

我國自20世紀(jì)50年代中后期開始進(jìn)行太陽能電池研發(fā)，直到21世紀(jì)太陽能電池才進(jìn)入民用領(lǐng)域，且主要以金屬硅（工業(yè)硅）提純而來的各類晶硅電池為主。然而這種金屬硅提煉過程中產(chǎn)生的四氯化硅有強(qiáng)腐蝕性、急毒性，又難保存，因而污染最為嚴(yán)重。從金屬硅中提純出的多晶硅片處理又要耗費(fèi)大量電能。針對(duì)這種高污染、高消耗的弊端，1991年，瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家成功研發(fā)了介孔染料敏化太陽能電池，不僅將這一電池的發(fā)電效率由1%以下提升至7.1%，而且還采用了薄膜化技術(shù)，使其更加輕便、柔韌，并由此掀起了薄膜太陽能電池研究的熱潮，這一新型電池的研發(fā)態(tài)勢(shì)可以用“各有特色”來形容。

　　近年來，中國海洋大學(xué)材料科學(xué)與工程研究院唐群委教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開展新型太陽能研發(fā)，取得了可在雨天發(fā)電的太陽能電池的重要性階段成果，使科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界向“全天候太陽能”的設(shè)想邁進(jìn)了一大步。

　　談及這一研究背景，唐群委教授說“這要從長期困擾太陽能電池研究的學(xué)術(shù)難題談起。”

　　懸而未決之問引發(fā)科技突破

　　電解質(zhì)、對(duì)電極一直是制約染料敏化太陽能電池發(fā)展的兩大技術(shù)“瓶頸”。前者易泄露、揮發(fā)，后者成本高、易溶解。2013年11月，第九屆中國太陽級(jí)硅及光伏發(fā)電研討會(huì)期間，云南師范大學(xué)可再生能源材料先進(jìn)技術(shù)與制備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊培志教授提到“如果能開發(fā)一種在夜晚和陰雨天等其他天氣情況下也能發(fā)電的太陽能電池，那對(duì)光伏發(fā)電的推動(dòng)作用將是非常大的。”唐群委大受啟發(fā)，順著楊教授的思路認(rèn)真思考并研究在其他天氣情況下的太陽能發(fā)電問題。他說“有的單位以有機(jī)染料見長，有的學(xué)者主要研究纖維太陽能電池，有的團(tuán)隊(duì)以凝膠電解質(zhì)研究著稱，而我們則側(cè)重于‘導(dǎo)電’凝膠電解質(zhì)和合金對(duì)電極的研究。”

　　唐群委教授團(tuán)隊(duì)首先采用自主研發(fā)的“導(dǎo)電”凝膠電解質(zhì)組裝太陽能電池，使最高光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了9.1%（普通凝膠電解質(zhì)電池的轉(zhuǎn)換效率為6%，液體電解質(zhì)電池的轉(zhuǎn)換效率為7%），開創(chuàng)了凝膠電解質(zhì)研究的新模式。接著他們又采用自己發(fā)明的合金對(duì)電極組裝的太陽能電池，發(fā)電效率更是達(dá)到了12.75%，接近世界先進(jìn)水平，進(jìn)一步縮小了與發(fā)達(dá)國家的差距。此外，他們還開發(fā)了以鈷鎳合金為原料的低成本對(duì)電極材料，并獲得了8.3%的電池效率，在染料敏化太陽能電池規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的道路上又前進(jìn)了一步。

　　在太陽能電池基礎(chǔ)研究中，除了聚焦電解質(zhì)、對(duì)電極這兩大制約染料敏化太陽能電池發(fā)展的“瓶頸”外，唐群委還向另一長期困擾太陽能電池科學(xué)界的難題發(fā)起沖擊。“太陽能電池在暗環(huán)境發(fā)電效率低，甚至不發(fā)電，一直是無法解決的難題。十多年來，國際上投入了大量的人力、物力、財(cái)力，研究也沒有明顯起色。”唐群委說，從事其他研究之余，他也始終在思考這個(gè)難題，但始終沒有想到破解之法。一次偶然機(jī)會(huì)讀到南京航空航天大學(xué)郭萬林教授關(guān)于鹽水在石墨烯材料上流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)的研究報(bào)告，唐群委對(duì)雨滴滴落在石墨烯材料上是否也能產(chǎn)生電信號(hào)產(chǎn)生了質(zhì)疑。他帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)迫不及待地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，果不其然，雨滴滴落在石墨烯材料上也會(huì)形成陽離子/電子雙電層“贗電容”，雨滴在石墨烯表面的鋪展-收縮即為“贗電容”充、放電過程，進(jìn)而產(chǎn)生電壓和電流。

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