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能電池板的可能性打開了大門，這種太陽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，可以將太陽能電池板帶到陽光明媚的天氣之外，并將其置于雨中。國內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一項(xiàng)開創(chuàng)性的研究成果，他們提出了一種混合太陽能電池，可以在雨中產(chǎn)生可靠的電量。開始設(shè)計(jì)一種基于有機(jī)染料技術(shù)的高效薄膜太陽能電池，然后將其涂上一層幾乎不可見的石墨烯原子層。

石墨烯實(shí)際上是一種非常簡(jiǎn)單的材料:除了碳，里面什么都沒有。它與其他更常見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它。各類太陽能電池的能效都在穩(wěn)步提高。由于公共和私營部門對(duì)太陽能技術(shù)研究的投資增加，即使太陽能電池的成本繼續(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越好，越來越便宜。但是所有的太陽能電池都有一個(gè)基本的問題:它們需要穩(wěn)定的陽光來產(chǎn)生足夠的電能，使它們值得投資。

許多太陽能電池板仍然可以在部分陰天或陰天產(chǎn)生能量，因?yàn)樘柕囊恍┕庾尤栽谕ㄟ^。這就是為什么即使你不在干旱的沙漠中，太陽能電池板仍然是一個(gè)很好的選擇。

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

除非你在等待的時(shí)候有一個(gè)太陽能電池存儲(chǔ)系統(tǒng)，否則在太陽出來之前，你的家將得不到更多有用的太陽能發(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。這意味著中國研究團(tuán)隊(duì)的石墨烯創(chuàng)新可能是提高屋頂太陽能板整體效率的關(guān)鍵，因?yàn)樗梢宰屛蓓斕柲馨逶谟曛欣^續(xù)發(fā)電。

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

全天候石墨烯太陽能電池板可以在雨中發(fā)電

全天候石墨烯太陽能電池板可以在雨中發(fā)電

但石墨烯層為太陽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)家們能夠從太陽能電池板上模擬的暴雨產(chǎn)生數(shù)百毫伏的電壓。在太陽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，但未來仍有多年的研究。

中國團(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)來說也是一個(gè)巨大的突破。

現(xiàn)在，屋頂太陽能電池板的效率很大程度上取決于你能照射到它們的陽光量。這就是為什么世界上最大、效率最高的太陽能發(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炙烤的國家。這也是住宅太陽能安裝商在陽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安裝太陽能住宅最多的州，這是有充分理由的。