隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，新能源的利用變得越來越普遍。作為新能源的重要組成部分，太陽能一直是清潔能源研究的熱門領(lǐng)域。然而，目前已開發(fā)的太陽能電池只能在太陽光直接照射下將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，而在下雨、陰天、霧（霾）、夜晚等暗光天氣的發(fā)電效率很低甚至是不能發(fā)電。此外，我國平均每年的光照時(shí)間約為3000小時(shí)，占全年總時(shí)間的34.2％，也即太陽能電池在其65.8％的時(shí)間內(nèi)不能正常發(fā)電。可見，開發(fā)一種在光照和暗光天氣發(fā)電的全天候太陽能電池最大限度地延長電池的發(fā)電時(shí)間并提升發(fā)電總量是十分必要的。
為此，中國海洋大學(xué)唐群委教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合云南師范大學(xué)楊培志教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)出新型“全天候”發(fā)電的太陽能電池。這項(xiàng)研究在國際上首次實(shí)現(xiàn)了太陽能電池在夜晚也能發(fā)電。盡管目前的發(fā)電量還比較小，但這為全天候太陽能電池的實(shí)現(xiàn)提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。這一成果已經(jīng)引起國際關(guān)注，納米研究領(lǐng)域的知名期刊《美國化學(xué)會(huì)納米》和《納米能源》雜志相繼刊登文章，報(bào)道了這一研發(fā)成果。
這款優(yōu)化的全天候太陽能電池太陽在光照時(shí)的光電轉(zhuǎn)換效率為10%，在夜晚的光電轉(zhuǎn)換效率為25%以上。同時(shí)，這一類太陽能電池在夜晚的發(fā)電時(shí)間可以持續(xù)數(shù)小時(shí)。這一研究有助于延長太陽能電池的發(fā)電時(shí)間。將實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)段、任何天氣下發(fā)電。相關(guān)成果已在國內(nèi)申請了發(fā)明專利。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)表示，全天候電池通過研究太陽能電池的界面工程，引入具有吸光–發(fā)光特性的光學(xué)材料，該材料將沒有被吸收的可見光和近紅外光吸收并轉(zhuǎn)換為單色可見光并持續(xù)激發(fā)數(shù)小時(shí)，實(shí)現(xiàn)了在夜晚無光環(huán)境下光吸收劑持續(xù)激發(fā)電子而發(fā)電。
值得一提的是，研發(fā)過程并不是一帆風(fēng)順的。由于缺少關(guān)于全天候太陽能電池的文獻(xiàn)參考，在工作初期，尋找思路和確定實(shí)驗(yàn)方案對整個(gè)團(tuán)隊(duì)來說是巨大的挑戰(zhàn)。唐教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過不斷探索和嘗試后確定了現(xiàn)在的最佳方案。在研究過程中，也存在一些難題。比如在研究光學(xué)材料激發(fā)的單色光與光吸收劑的匹配問題時(shí)發(fā)現(xiàn)，其所激發(fā)的單色可見光包括紅光、橙光、黃光、綠光、青光、藍(lán)光、紫光、白光等，然而并非任意的可見光都能使電池獲得較高的發(fā)電量。通過對復(fù)合光陽極的激發(fā)光譜和光吸收劑的吸收光譜研究，唐教授等人最終認(rèn)定能夠激發(fā)綠光的光學(xué)材料可以使全天候電池獲得較高的發(fā)電量。隨著研究團(tuán)隊(duì)的更多深入研究，電池中電解質(zhì)的離子擴(kuò)散、電池的組裝等等一系列難題一一迎刃而解。
唐教授表示，當(dāng)前用于開發(fā)全天候發(fā)電的染料敏化太陽能電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，后續(xù)工作將主要集中于進(jìn)一步提升電池在暗光天氣的發(fā)電量并延長發(fā)電時(shí)間以及將這一技術(shù)應(yīng)用于商業(yè)硅太陽能電池。一旦這兩方面獲得突破，這一技術(shù)將具有廣闊的應(yīng)用前景。未來，該技術(shù)可能應(yīng)用在包括產(chǎn)能建筑的外墻、屋頂、玻璃等領(lǐng)域進(jìn)行同步發(fā)電，還可以為電子產(chǎn)品輔助供電或制作成纖維狀電池用于隨身發(fā)電。我們期待未來適合應(yīng)用的全天候太陽能電池為人類提供更多電量。
唐群委：博士、教授、博士生導(dǎo)師、中國海洋大學(xué)“英才工程”第一層次特聘教授。主要從事介觀太陽能電池和全天候太陽能電池關(guān)鍵材料與技術(shù)的研究，在全球染料敏化太陽能電池領(lǐng)域排名第56位（其中，對電極第3位、光陽極第6位、凝膠電解質(zhì)第10位）。在Angewandte Chemie InternationalEdition、ACS Nano、Nano Energy、Advanced Materials等雜志發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文200余篇，他引近2600次。入選英國皇家化學(xué)學(xué)會(huì)的top 1%高被引作者，申請/授權(quán)國家發(fā)明專利16項(xiàng)。主持多項(xiàng)國家級重點(diǎn)課題、一般課題、省部級課題。所開發(fā)的可在雨天發(fā)電的太陽能電池入選2016年世界前沿基礎(chǔ)交叉科學(xué)研究進(jìn)展、2016年十大光伏前沿技術(shù)、2016年RSC化學(xué)前沿。
(編輯：小智)
