洁净、高效、环保，集多种优点于一身的太阳能被誉为未来能源。但即使如此，太阳能也有一个非常明显的缺点，那就是碰上阴雨天气时，电池板基本无法有效地储存能量。然而，来自中国海洋大学的一项研究成果却有望填补传统太阳能电池的这一致命缺陷。借助“万能石”石墨烯，中国海洋大学的唐群委教授与专家组们成功开发出一种在阴雨天也能采集能源的新型太阳能电池。
太阳能电池雨天也能发电
近日，中国海洋大学与云南师范大学的科研团队在德国著名期刊《应用化学国际版》上发布了新型太阳能电池研究详细报告，让长久以来困扰人们的雨天太阳能收集能源问题有望得到解决，报告的刊登也让国际诸多太阳能研究机构为之震惊。
得知自己论文被刊发，中国海洋大学唐群委教授并不意外，对于他和众位科学家们的研究成果，唐教授显得非常自信。“目前已经开发的太阳能电池只能在太阳光照时将光能转换为电能，雨天时光照强度很弱，所以太阳能电池的发电效率几乎为零，这一难题始终没有得到解决，而现在可以说是找到了一条解决之道。”唐群委教授告诉记者。在德国《应用化学》刊发的论文中，唐教授和专家组首次研发成功了可在雨天发电的太阳能电池。通过石墨烯薄膜与柔性太阳能电池耦合能够很好地解决这一问题。所组装的柔性太阳能电池在太阳光照下具有6.53％的光电转换效率，而在下雨时能产生0.5微安/滴雨的电流和150微伏/滴雨的电压。另外，柔性太阳能电池具有质轻、柔性好、能在特殊曲面领域应用的优势。
新型电池已具备量产可能
除了在国际知名期刊刊登报告论文外，还有一条值得欣喜的消息是，雨天太阳能电池的研究如今已不局限于理论阶段，而是已经有了实物研究成果，并且具备量产的可能性。
在唐群委教授的实验室内，记者有幸见到这种新型的太阳能电池。但从电池的外观看，长宽约2厘米，四四方方的一块太阳能电池看起来与平常见到的并无两样，但如果仔细观察就能看到这种新型太阳能电池表面覆盖着一层特殊的涂层。唐教授告诉记者，这种特殊的涂层学名叫做石墨烯，在青岛某些地区是比较丰富的一种资源，从普通的太阳能电池过渡到可在雨天发电的新型太阳能电池，石墨烯是其中关键。雨天发电的太阳能电池的工作原理是：在太阳光照时，吸附在光阳极上的光敏染料吸收太阳能并激发出电子，电子由光阳极经外电路传输至对电极，在对电极的催化作用下，电解质中的氧化态离子被还原为还原态，进而将激发态的光敏染料还原为基态。
简单来说就是雨水并非纯净水，而是含有丰富的阳离子和阴离子。在下雨时，雨滴在石墨烯薄膜表面先铺展后收缩。当雨滴与太阳能电池中的石墨烯薄膜接触时，雨滴中的阳离子与石墨烯的离域电子吸附形成双电层电容，在雨滴铺展过程中，雨滴中的阳离子驱动被吸附的电子向外迁移，也即为双电层电容充电；而在雨滴收缩过程中，雨滴中的阳离子驱动被吸附的电子向内迁移，也即为双电层电容放电；双电层电容的充放电即能产生了电流和电压。
太阳能全天候发电不是梦
雨天太阳能电池的研发有何
现实意义？
研究显示，我们的地球在一个小时之内从阳光中吸收的能量比全球在一年内消耗的能量还要多。太阳能有潜力发展为一种清洁而廉价的主要能源，太阳能便于获取、开发原理简单而且能维持几十亿年。计算结果表明，如果地球表面积的1%覆盖了传统的太阳能电池，整个世界的能源需求都可以得到满足。但是太阳能在全球能量产出中的份额还不到1%。这其中除了太阳能电池造价昂贵等原因外，对环境要求高成为其开发的一大难点。唐教授表示，雨天发电太阳能电池的研发成功为全天候太阳能电池的研究提供了思路。未来的太阳能电池预计可以不分白天和黑夜地实现全天候发电，该成果有助于延长太阳能电池的潜在发电时间。除此之外，这一研究成果还可以应用于雨量充沛但太阳能资源不够丰富的地区发电，也可在酸雨多发地区，以及岛礁供电和海上航行等领域发挥更大作用，让太阳能真正成为一种常规能源。与传统能源相比，太阳能洁净无污染，也有利于环境的保护和可持续能源的开发。
未来高楼也可当发电机
雨天太阳能电池的问世让太阳能的利用有望提升到一个新的高度，面对社会各界的褒奖，唐教授和专家们并未就此满足而停下前进的脚步。
城市里高楼林立，如何让这些静止的建筑物也能成为采集太阳能的一块块电池板？在理论支持下，唐教授和专家们采用相同的原理，开发成功了可在雨天发电的发电涂层，有望用于建筑物外墙并在雨天发电，未来耸立的高楼、你家的外墙都将有可能变成一块块电池板，采集洁净的太阳能。
岛城石墨烯产业风头正劲
青岛作为国内石墨资源三大主要产地之一，这也使得岛城雨天太阳能电池及其它先进碳材料产业的发展具有得天独厚的优势。青岛高新区依托青岛国际石墨烯科技创新园，建设国内首个国际石墨烯创新中心和北方唯一的国家级石墨烯产业创新示范基地，打造涵盖“苗圃、孵化器、加速器”的全链条孵化场所。搭建青岛国际石墨交易中心，依靠专业的交易通道建设机构，为高新区石墨烯产业发展提供有力的资源保证。设立1亿元的国内首只石墨烯天使投资基金，为石墨烯企业培育壮大提供有力保障。搭建青岛市石墨烯公共检测平台和协同创新平台，完善石墨烯的“政、产、学、研、金”一体化组织合作链条。
据悉，预计到2023年，青岛石墨烯及先进碳材料特色产业基地产值将突破300亿元，新增专利500项以上，产学研成果转化200个以上，创建5-10个国家级品牌或驰名商标，形成中国北方最大的、具有国际影响力的、以海洋为特色的石墨烯及先进碳材料产业基地。
记者：雨天太阳能电池的研发大概用了多长时间？
唐群委：这项研究是从2015年开始，到2016年3月完成论文写作。
记者：在雨天太阳能电池的研究过程中您和专家组都遇到过哪些困难？又是如何克服的呢？
唐群委：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研究的初衷也是我们遇到的最大挑战。实验初期，我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。但是经过多个方案的比较研究，最终在太阳能电池上通过热压法组装完成了相关实验。但必须说明的是石墨烯薄膜与太阳能电池的合理耦合仍然是悬而未决的难题，这项研究仍有改进的空间。
记者：为何会选择该领域的研究？
唐群委：如何解决能源危机与环境污染问题是人类正面临的重大挑战，开发可再生的清洁能源是实现世界经济可持续发展的战略选择。地球上的绝大多数能量都是直接或间接地来源于太阳，因此开发并高效利用太阳能被认为是能源发展战略的核心。光电转换被认为是利用太阳能最直接有效的方式之一。
记者：您觉得您的研究最大的现实意义是什么？
唐群委：雨天太阳能电池的研发，其贡献不仅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。不仅在国内，在国际上也是首次提出，它为未来全天候太阳能电池的发展指明了方向。