太阳能电池在雨天也能发电？这项给力的技术不但非空穴来风，还被入选了世界前沿基础交叉科学研究进展！近日，2016年度“世界前沿基础交叉科学研究进展”揭晓，由中国海洋大学材料科学与工程研究院唐群委教授团队发表在德国《应用化学》杂志上的关于“可在雨天发电的太阳能电池技术”荣登榜单。

海大成果首次入选世界前沿基础交叉科学研究

据了解，这是中国海洋大学研究成果首次入选世界前沿基础交叉科学研究进展。在此次入选的成果共涉及核心数学、类脑计算、凝聚态物质科学、基本粒子、星系宇宙学、引力波天文学、超导量子、光场调控、量子光学、计算化学、新能源化学、纳米生物等12个领域，共计37项研究成果。其中，34项由欧美等西方国家完成，1项由中美合作完成，仅有2项由中国团队独立完成。

其中，由中国海洋大学与云南师范大学的科研团队共同参与的“可在雨天发电的太阳能电池技术”作为其中一项由中国团队独立完成的项目入选该名单。小创查看了全部名单，发现与雨天太阳能发电电池一并入选的，不少都是发布在《科学》和《自然》上的科研成果呢。

去年3月，“可在雨天发电的太阳能电池技术”项目的科研团队在德国期刊《应用化学国际版》上发布研究报告详细阐述了这项成果，为了使得雨水也能产生电能，研究人员在高效染料敏化太阳能电池表面上覆盖了一层石墨烯薄膜，成功开发出一种和雨天相当“合拍”的新型太阳能电池。

△德国期刊《应用化学国际版》封面资料图

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。

雨天太阳能电池已具备量产可能

除了在国际知名期刊刊登报告论文，并入选世界前沿基础交叉科学研究进展以外，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，摆放着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。

唐教授介绍，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。

△雨天发电太阳能电池结构示意图

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。

那么，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。

“80”后海大教授的科研奋斗之路

2012年8月，32岁的唐群委成为中国海洋大学借助“青年英才工程”（第一层次）引进的又一青年学者。唐群委说，初到海大，没有实验室、没有设备、没有原料，甚至都没有明确的研究方向。“在学校和学院领导及同事的帮助下，我尽快搭建了工作平台，逐渐确立了以染料敏化太阳能电池的‘导电’凝胶电解质和合金对电极为主的研究方向”。

△唐群委教授（中）在指导学生做实验

自2013年正式进入工作状态以来，“80后”的唐群委带领一群“90后”研究生和本科生埋头苦干，三年多来，获授权国家发明专利6项，以第一或通讯作者身份发表SCI论文110篇以上，其中不乏《应用化学》这样的国际知名期刊。

“为了确保数据的真实性，每一个实验都要重复上百次”唐群委说，为了避免学生在研究中走弯路，每周四下午他都会召开“组会”，大家轮流介绍自己一周的科研进展情况。

在成功获得实验数据的基础上，经过与云南师范大学杨培志教授的反复探讨，他们最终撰写出了题为“一种既可在阳光下也可在雨水下发电的太阳能电池”的论文，投给德国《应用化学》杂志后，两位评审专家均给出了“无需修改，直接刊用”的意见，并当选为VIP（Very Important Paper）和Wiley出版社的Hot Topic。

论文刊发后，立刻引起了国际新闻界和学术界的关注，并被翻译成英、法、德、拉丁、捷克等多种语言，甚至有媒体称其为“光伏发电史上具有里程碑意义”的创新。

青岛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。

△石墨烯结构图

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。