我國從 50 年代中后期開始進行太陽能電池的研究和開發。直到21世紀太陽能電池才進入民用領域，各類晶體硅電池主要由金屬硅（工業硅）提純而成。但這種金屬硅在精煉過程中產生的四氯化硅腐蝕性強，劇毒，難以儲存，因此污染最為嚴重。金屬硅提純的多晶硅片的加工也消耗大量電能。針對高污染、高消耗的弊端，1991年瑞士聯邦理工學院的科學家們成功研制出介孔染料敏化太陽能電池，不僅將這種電池的發電效率從不到1%提高到7.1% ，并且還采用了薄膜技術，使其更加便攜和靈活，從而掀起了薄膜太陽能電池研究的熱潮。這種新型細胞的研發趨勢可謂“各具特色”。

近年來，中國海洋大學材料科學與工程研究所湯群偉教授帶領團隊開展太陽能新能源研發，在太陽能電池方面取得了重要階段性成果陰雨天氣，讓科學界和工業界向“全天候太陽能”的愿景邁出了一大步。

唐群偉教授（中）正在指導學生做實驗。馮文博攝

談到這一研究背景，唐群偉教授說：“這要從長期困擾太陽能電池研究的學術問題說起?！?/p>

懸而未決的問題導致技術突破

電解液和對電極一直是制約染料敏化太陽能電池發展的兩大技術“瓶頸”。前者容易泄漏和揮發，而后者成本高且容易溶解。 2013年11月，在第九屆中國太陽能級硅與光伏發電學術研討會上，云南師范大學可再生能源材料先進技術與制備教育部重點實驗室楊培智教授提到：那種可以在天空等其他天氣條件下發電的太陽能電池將極大地促進光伏發電?！碧迫簜ナ艿絾l，跟隨楊教授的思路，仔細考慮和研究了其他天氣條件下的太陽能發電。問題。他說：“一些單位擅長有機染料，一些學者主要研究纖維太陽能電池，一些團隊以凝膠電解質研究著稱，我們專注于'導電'凝膠電解質和合金對電極的研究?！?/p>

唐群偉教授團隊首次采用自主研發的“導電”凝膠電解質組裝太陽能電池，光電轉換效率最高達到9.1%（普通凝膠電解質電池的轉換效率為6% ，而液體電解質電池的轉換效率為7%），開創了凝膠電解質研究的新模式。然后他們使用自己發明的太陽能電池合金對電極組件，發電效率達到12.75%，接近世界先進水平，進一步縮小了與發達國家的差距。此外，他們還開發了以鈷鎳合金為原料的低成本對電極材料，并實現了8.3%的電池效率，這在大規模產業化道路上又向前邁進了一步。染料敏化太陽能電池。

在太陽能電池的基礎研究中，除了專注于電解質和對電極這兩大制約染料敏化太陽能電池發展的“瓶頸”之外，唐群偉還針對另一個長期困擾業界的問題發起了沖擊。太陽能電池科學界。 “太陽能電池在黑暗環境下發電效率低，甚至不發電，這一直是一個無法解決的問題。十多年來，國際上投入大量人力、物力、財力，研究沒有明顯改善?！碧迫簜フf，從事其他問題除了研究，他一直在思考這個問題染料敏化太陽能電池的發展，但從來沒有想過解決的方法。一個偶然的機會，我讀到了南京航空航天大學郭萬林教授關于鹽水在石墨烯材料上流動產生的電信號的研究報告。唐群偉質疑石墨烯材料上的雨滴是否也能產生電信號。他不耐煩地帶領科研團隊進行實驗。正如預期的那樣，石墨烯材料上的雨滴也會形成陽離子/電子雙層“偽電容”。雨滴在石墨烯表面的擴散和收縮就是“偽電容”，放電過程又產生電壓和電流。

解決實際應用中“陰雨天”的關鍵問題

“如何將石墨烯與目前的太陽能電池結合，打造出一種新型太陽能電池，既可以在晴天利用陽光發電，又可以在雨天利用雨水發電，是我們遇到的最大挑戰.”唐群偉說，實驗初期，他們在太陽能電池的上層放置了透明的石墨烯。白天有光時，太陽光先穿過石墨烯，再照射到太陽能電池板發電。下雨天，雨水直接滴在最外層的石墨烯板上發電。 “不同方法開發的石墨烯性能不同，石墨烯的透光率不是100%，使得電池在常光下的效率低于沒有石墨烯的電池，在實際應用中不經濟.”經過多種方案的對比研究，最終將楊培智教授團隊開發的石墨烯用于熱壓組裝太陽能電池的相關實驗。然而，石墨烯薄膜與太陽能電池的合理耦合仍然需要不斷探索和創新。主題。