高校研發雨天太陽能儲能電池取得新進展

我國自20世紀50年代中后期開始進行太陽能電池研發，直到21世紀太陽能電池才進入民用范疇，且緊要以金屬硅（工業硅）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出現的四氯化硅有強腐蝕性、急毒性，又難保存，因而污染最為嚴重。從金屬硅中提純出的多晶硅片解決又要耗費大量電能。針對這種高污染、高消耗的弊端，1991年，瑞士聯邦理工學院的科學家成功研發了介孔染料敏化太陽能電池，不僅將這一電池的發電效率由1%以下提升至7.1%，而且還采用了薄膜化技術，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態勢可以用各有特色來形容。

近年來，我國海洋大學材料科學與工程研究院唐群委教授率領團隊開展新型太陽能研發，取得了可在雨天發電的太陽能電池的緊要性階段成果，使科學界和產業界向全天候太陽能的設想邁進了一大步。

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術難題談起。

懸而未決之問引發科技沖破

電解質、對電極一直是制約染料敏化太陽能電池發展的兩大技術瓶頸。前者易泄露、揮發，后者成本高、易溶解。2013年十一月，第九屆我國太陽級硅及光伏發電研討會期間，云南師范大學可再生能源材料先進技術與制備教育部重點試驗室楊培志教授提到：倘若能開發一種在夜晚和陰雨天等其他天氣情況下也能發電的太陽能電池，那對光伏發電的推動用途將是非常大的。唐群委大受啟發，順著楊教授的思路認真沉思并研究在其他天氣情況下的太陽能發電問題。他說：有的單位以有機染料見長，有的學者緊要研究纖維太陽能電池，有的團隊以凝膠電解質研究著稱，而我們則側重于‘導電凝膠電解質和合金對電極的研究。

唐群委教授團隊首先采用自主研發的導電凝膠電解質組裝太陽能電池，使最高光電轉換效率達到了9.1%（一般凝膠電解質電池的轉換效率為6%，液體電解質電池的轉換效率為7%），開創了凝膠電解質研究的新模式。接著他們又采用自己發明的合金對電極組裝的太陽能電池，發電效率更是達到了12.75%，接近世界先進水平，進一步縮小了與發達國家的差距。此外，他們還開發了以鈷鎳合金為原料的低成本對電極材料，并獲得了8.3%的電池效率，在染料敏化太陽能電池規模產業化的道路上又前進了一步。

在太陽能電池基礎研究中，除了聚焦電解質、對電極這兩大制約染料敏化太陽能電池發展的瓶頸外，唐群委還向另一長期困擾太陽能電池科學界的難題發起沖擊。太陽能電池在暗環境發電效率低，甚至不發電，一直是無法處理的難題。十多年來，國際上投入了大量的人力、物力、財力，研究也沒有分明起色。唐群委說，從事其他研究之余，他也始終在沉思這個難題，但始終沒有想到破解之法。一次偶然機會讀到南京航空航天大學郭萬林教授有關鹽水在石墨烯材料上流動會出現電信號的研究報告，唐群委對雨滴滴落在石墨烯材料上是不是也能出現電信號出現了質疑。他率領科研團隊迫不及待地進行試驗，果不其然，雨滴滴落在石墨烯材料上也會形成陽離子/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，進而出現電壓和電流。

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