最近在石墨烯技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)展為全天候石墨烯太陽(yáng)能電池板的可能性打開(kāi)了大門，這種太陽(yáng)能電池板即使在傾盆大雨中也能持續(xù)為你的家庭供電。

一個(gè)科研小組發(fā)現(xiàn)了一種巧妙的方法，可以將太陽(yáng)能電池板帶到陽(yáng)光明媚的天氣之外，并將其置于雨中。國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性的研究成果，他們提出了一種混合太陽(yáng)能電池，可以在雨中產(chǎn)生可靠的電量。開(kāi)始設(shè)計(jì)一種基于有機(jī)染料技術(shù)的高效薄膜太陽(yáng)能電池，然后將其涂上一層幾乎不可見(jiàn)的石墨烯原子層。

石墨烯實(shí)際上是一種非常簡(jiǎn)單的材料:除了碳，里面什么都沒(méi)有。它與其他更常見(jiàn)的碳形式如石墨或木炭的不同之處在于它的結(jié)構(gòu)。

石墨烯是一種原子尺度的二維蜂窩晶格。它是一個(gè)重復(fù)六邊形的平面結(jié)構(gòu)，完全由碳原子構(gòu)成。一旦它被應(yīng)用到襯底上，它就是一個(gè)非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，它顯示出了驚人的電子遷移率，這意味著電荷可以很容易地穿過(guò)它。各類太陽(yáng)能電池的能效都在穩(wěn)步提高。由于公共和私營(yíng)部門對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)研究的投資增加，即使太陽(yáng)能電池的成本繼續(xù)下降，其效率也在不斷提高。

從傳統(tǒng)的硅電池到有機(jī)薄膜太陽(yáng)能技術(shù)的創(chuàng)新，隨著時(shí)間的推移，所有類型的電池都變得越來(lái)越好，越來(lái)越便宜。但是所有的太陽(yáng)能電池都有一個(gè)基本的問(wèn)題:它們需要穩(wěn)定的陽(yáng)光來(lái)產(chǎn)生足夠的電能，使它們值得投資。

許多太陽(yáng)能電池板仍然可以在部分陰天或陰天產(chǎn)生能量，因?yàn)樘?yáng)的一些光子仍在通過(guò)。這就是為什么即使你不在干旱的沙漠中，太陽(yáng)能電池板仍然是一個(gè)很好的選擇。

但它們并沒(méi)有達(dá)到最高效率，所以你不會(huì)像在陽(yáng)光明媚的日子里從你的太陽(yáng)能電池陣列中得到那么多。一旦巨大的風(fēng)暴云卷進(jìn)來(lái)，完全阻擋了陽(yáng)光，你的屋頂太陽(yáng)能電池板就會(huì)停止工作。

除非你在等待的時(shí)候有一個(gè)太陽(yáng)能電池存儲(chǔ)系統(tǒng)，否則在太陽(yáng)出來(lái)之前，你的家將得不到更多有用的太陽(yáng)能發(fā)電。但這種情況可能不會(huì)持續(xù)太久。石墨烯還有另一個(gè)妙招，使其成為太陽(yáng)能電池板的重要補(bǔ)充。在水溶液中，石墨烯的移動(dòng)電子很容易與附近任何帶正電荷的離子結(jié)合，這一過(guò)程被稱為路易斯酸堿相互作用。有分離電荷的地方，就有電勢(shì)，有電勢(shì)的地方，就有電。這意味著中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)的石墨烯創(chuàng)新可能是提高屋頂太陽(yáng)能板整體效率的關(guān)鍵，因?yàn)樗梢宰屛蓓斕?yáng)能板在雨中繼續(xù)發(fā)電。

在陽(yáng)光充足的條件下，石墨烯涂層的太陽(yáng)能電池就像你所期望的那樣，通過(guò)薄膜傳輸光子并通過(guò)電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電能。上面只有一個(gè)原子厚的石墨烯層，在陽(yáng)光下根本不會(huì)干擾太陽(yáng)能電池的正常功能。

全天候石墨烯太陽(yáng)能電池板可以在雨中發(fā)電

全天候石墨烯太陽(yáng)能電池板可以在雨中發(fā)電

但石墨烯層為太陽(yáng)能電池提供了一種額外的發(fā)電方式。當(dāng)石墨烯涂層的太陽(yáng)能電池受到模擬雨滴的作用，模擬一場(chǎng)小雨，當(dāng)雨滴滾下電池表面時(shí)，它們能夠產(chǎn)生電流。這是因?yàn)橛甑沃凶匀缓械柠}容易分解成它們的組成離子，而帶正電荷的鹽(主要是銨、鈉和鈣離子)渴望與石墨烯中的負(fù)離子相互作用。

每個(gè)雨滴和石墨烯層之間的界面就像一個(gè)假電容，兩層之間的電勢(shì)差如此之大，以至于產(chǎn)生了電。

科學(xué)家們能夠從太陽(yáng)能電池板上模擬的暴雨產(chǎn)生數(shù)百毫伏的電壓。在太陽(yáng)能電池板上添加極薄的石墨烯層是一項(xiàng)了不起的創(chuàng)新，但未來(lái)仍有多年的研究。

中國(guó)團(tuán)隊(duì)所做的研究顯示，作為一種概念驗(yàn)證，他們有望實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，但他們只能在雨中實(shí)現(xiàn)約6.5%的效率，而大多數(shù)太陽(yáng)能電池板在全日照條件下的典型平均效率為20-25%。

當(dāng)然，雨中6.5%的效率總比什么都沒(méi)有強(qiáng)，即使是在雨夜生產(chǎn)一點(diǎn)能源，對(duì)家庭能源生產(chǎn)來(lái)說(shuō)也是一個(gè)巨大的突破。

現(xiàn)在，屋頂太陽(yáng)能電池板的效率很大程度上取決于你能照射到它們的陽(yáng)光量。這就是為什么世界上最大、效率最高的太陽(yáng)能發(fā)電廠往往建在很少下雨的地區(qū)，比如澳大利亞、智利的高沙漠，或者像摩洛哥這樣被太陽(yáng)炙烤的國(guó)家。這也是住宅太陽(yáng)能安裝商在陽(yáng)光明媚的氣候條件下生意興隆的原因。加州和亞利桑那州一直是美國(guó)安裝太陽(yáng)能住宅最多的州，這是有充分理由的。