石墨烯助力：太陽能電池青島問世 具備量產(chǎn)可能

　　導(dǎo)讀：近日，中國海洋大學(xué)與云南師范大學(xué)的科研團(tuán)隊在德國著名期刊《應(yīng)用化學(xué)國際版》上發(fā)布了新型太陽能電池研究詳細(xì)報告，讓長久以來困擾人們的雨天太陽能收集能源問題有望得到解決，報告的刊登也讓國際諸多太陽能研究機(jī)構(gòu)為之震驚。
　　
　　得知自己論文被刊發(fā)，中國海洋大學(xué)唐群委教授并不意外，對于他和眾位科學(xué)家們的研究成果，唐教授顯得非常自信。“目前已經(jīng)開發(fā)的太陽能電池只能在太陽光照時將光能轉(zhuǎn)換為電能，雨天時光照強(qiáng)度很弱，所以太陽能電池的發(fā)電效率幾乎為零，這一難題始終沒有得到解決，而現(xiàn)在可以說是找到了一條解決之道。”唐群委教授告訴記者。在德國《應(yīng)用化學(xué)》刊發(fā)的論文中，唐教授和專家組首次研發(fā)成功了可在雨天發(fā)電的太陽能電池。通過石墨烯薄膜與柔性太陽能電池耦合能夠很好地解決這一問題。所組裝的柔性太陽能電池在太陽光照下具有6.53％的光電轉(zhuǎn)換效率，而在下雨時能產(chǎn)生0.5微安/滴雨的電流和150微伏/滴雨的電壓。另外，柔性太陽能電池具有質(zhì)輕、柔性好、能在特殊曲面領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢。
　　
　　新型電池已具備量產(chǎn)可能
　　
　　除了在國際知名期刊刊登報告論文外，還有一條值得欣喜的消息是，雨天太陽能電池的研究如今已不局限于理論階段，而是已經(jīng)有了實物研究成果，并且具備量產(chǎn)的可能性。
　　
　　在唐群委教授的實驗室內(nèi)，記者有幸見到這種新型的太陽能電池。但從電池的外觀看，長寬約2厘米，四四方方的一塊太陽能電池看起來與平常見到的并無兩樣，但如果仔細(xì)觀察就能看到這種新型太陽能電池表面覆蓋著一層特殊的涂層。唐教授告訴記者，這種特殊的涂層學(xué)名叫做石墨烯，在青島某些地區(qū)是比較豐富的一種資源，從普通的太陽能電池過渡到可在雨天發(fā)電的新型太陽能電池，石墨烯是其中關(guān)鍵。雨天發(fā)電的太陽能電池的工作原理是：在太陽光照時，吸附在光陽極上的光敏染料吸收太陽能并激發(fā)出電子，電子由光陽極經(jīng)外電路傳輸至對電極，在對電極的催化作用下，電解質(zhì)中的氧化態(tài)離子被還原為還原態(tài)，進(jìn)而將激發(fā)態(tài)的光敏染料還原為基態(tài)。
　　
　　簡單來說就是雨水并非純凈水，而是含有豐富的陽離子和陰離子。在下雨時，雨滴在石墨烯薄膜表面先鋪展后收縮。當(dāng)雨滴與太陽能電池中的石墨烯薄膜接觸時，雨滴中的陽離子與石墨烯的離域電子吸附形成雙電層電容，在雨滴鋪展過程中，雨滴中的陽離子驅(qū)動被吸附的電子向外遷移，也即為雙電層電容充電；而在雨滴收縮過程中，雨滴中的陽離子驅(qū)動被吸附的電子向內(nèi)遷移，也即為雙電層電容放電；雙電層電容的充放電即能產(chǎn)生了電流和電壓。
　　
　　太陽能全天候發(fā)電不是夢
　　　　
　　研究顯示，我們的地球在一個小時之內(nèi)從陽光中吸收的能量比全球在一年內(nèi)消耗的能量還要多。太陽能有潛力發(fā)展為一種清潔而廉價的主要能源，太陽能便于獲取、開發(fā)原理簡單而且能維持幾十億年。計算結(jié)果表明，如果地球表面積的1%覆蓋了傳統(tǒng)的太陽能電池，整個世界的能源需求都可以得到滿足。但是太陽能在全球能量產(chǎn)出中的份額還不到1%。這其中除了太陽能電池造價昂貴等原因外，對環(huán)境要求高成為其開發(fā)的一大難點。唐教授表示，雨天發(fā)電太陽能電池的研發(fā)成功為全天候太陽能電池的研究提供了思路。未來的太陽能電池預(yù)計可以不分白天和黑夜地實現(xiàn)全天候發(fā)電，該成果有助于延長太陽能電池的潛在發(fā)電時間。除此之外，這一研究成果還可以應(yīng)用于雨量充沛但太陽能資源不夠豐富的地區(qū)發(fā)電，也可在酸雨多發(fā)地區(qū)，以及島礁供電和海上航行等領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，讓太陽能真正成為一種常規(guī)能源。與傳統(tǒng)能源相比，太陽能潔凈無污染，也有利于環(huán)境的保護(hù)和可持續(xù)能源的開發(fā)。
　　
　　未來高樓也可當(dāng)發(fā)電機(jī)
　　
　　雨天太陽能電池的問世讓太陽能的利用有望提升到一個新的高度，面對社會各界的褒獎，唐教授和專家們并未就此滿足而停下前進(jìn)的腳步。
　　
　　城市里高樓林立，如何讓這些靜止的建筑物也能成為采集太陽能的一塊塊電池板？在理論支持下，唐教授和專家們采用相同的原理，開發(fā)成功了可在雨天發(fā)電的發(fā)電涂層，有望用于建筑物外墻并在雨天發(fā)電，未來聳立的高樓、你家的外墻都將有可能變成一塊塊電池板，采集潔凈的太陽能。
　　
　　島城石墨烯產(chǎn)業(yè)風(fēng)頭正勁
　　
　　青島作為國內(nèi)石墨資源三大主要產(chǎn)地之一，這也使得島城雨天太陽能電池及其它先進(jìn)碳材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有得天獨厚的優(yōu)勢。青島高新區(qū)依托青島國際石墨烯科技創(chuàng)新園，建設(shè)國內(nèi)首個國際石墨烯創(chuàng)新中心和北方唯一的國家級石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新示范基地，打造涵蓋“苗圃、孵化器、加速器”的全鏈條孵化場所。搭建青島國際石墨交易中心，依靠專業(yè)的交易通道建設(shè)機(jī)構(gòu)，為高新區(qū)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有力的資源保證。設(shè)立1億元的國內(nèi)首只石墨烯天使投資基金，為石墨烯企業(yè)培育壯大提供有力保障。搭建青島市石墨烯公共檢測平臺和協(xié)同創(chuàng)新平臺，完善石墨烯的“政、產(chǎn)、學(xué)、研、金”一體化組織合作鏈條。
　　
　　據(jù)悉，預(yù)計到2023年，青島石墨烯及先進(jìn)碳材料特色產(chǎn)業(yè)基地產(chǎn)值將突破300億元，新增專利500項以上，產(chǎn)學(xué)研成果轉(zhuǎn)化200個以上，創(chuàng)建5-10個國家級品牌或馳名商標(biāo)，形成中國北方最大的、具有國際影響力的、以海洋為特色的石墨烯及先進(jìn)碳材料產(chǎn)業(yè)基地。