石墨烯太阳能电池板可以在雨中发电？

最近在石墨烯技术领域的进展为全天候石墨烯太阳能电池板的可能性打开了大门，这种太阳能电池板即使在倾盆大雨中也能持续为你的家庭供电。

一个科研小组发现了一种巧妙的方法，可以将太阳能电池板带到阳光明媚的天气之外，并将其置于雨中。国内研究团队发表了一项开创性的研究成果，他们提出了一种混合太阳能电池，可以在雨中产生可靠的电量。开始设计一种基于有机染料技术的高效薄膜太阳能电池，然后将其涂上一层几乎不可见的石墨烯原子层。

石墨烯实际上是一种非常简单的材料:除了碳，里面什么都没有。它与其他更常见的碳形式如石墨或木炭的不同之处在于它的结构。

石墨烯是一种原子尺度的二维蜂窝晶格。它是一个重复六边形的平面结构，完全由碳原子构成。一旦它被应用到衬底上，它就是一个非常稳定的结构，它显示出了惊人的电子迁移率，这意味着电荷可以很容易地穿过它。各类太阳能电池的能效都在稳步提高。由于公共和私营部门对太阳能技术研究的投资增加，即使太阳能电池的成本继续下降，其效率也在不断提高。

从传统的硅电池到有机薄膜太阳能技术的创新，随着时间的推移，所有类型的电池都变得越来越好，越来越便宜。但是所有的太阳能电池都有一个基本的问题:它们需要稳定的阳光来产生足够的电能，使它们值得投资。

许多太阳能电池板仍然可以在部分阴天或阴天产生能量，因为太阳的一些光子仍在通过。这就是为什么即使你不在干旱的沙漠中，太阳能电池板仍然是一个很好的选择。

但它们并没有达到最高效率，所以你不会像在阳光明媚的日子里从你的太阳能电池阵列中得到那么多。一旦巨大的风暴云卷进来，完全阻挡了阳光，你的屋顶太阳能电池板就会停止工作。

除非你在等待的时候有一个太阳能电池存储系统，否则在太阳出来之前，你的家将得不到更多有用的太阳能发电。但这种情况可能不会持续太久。石墨烯还有另一个妙招，使其成为太阳能电池板的重要补充。在水溶液中，石墨烯的移动电子很容易与附近任何带正电荷的离子结合，这一过程被称为路易斯酸碱相互作用。有分离电荷的地方，就有电势，有电势的地方，就有电。这意味着中国研究团队的石墨烯创新可能是提高屋顶太阳能板整体效率的关键，因为它可以让屋顶太阳能板在雨中继续发电。

在阳光充足的条件下，石墨烯涂层的太阳能电池就像你所期望的那样，通过薄膜传输光子并通过电子的运动产生电能。上面只有一个原子厚的石墨烯层，在阳光下根本不会干扰太阳能电池的正常功能。

全天候石墨烯太阳能电池板可以在雨中发电

全天候石墨烯太阳能电池板可以在雨中发电

但石墨烯层为太阳能电池提供了一种额外的发电方式。当石墨烯涂层的太阳能电池受到模拟雨滴的作用，模拟一场小雨，当雨滴滚下电池表面时，它们能够产生电流。这是因为雨滴中自然含有的盐容易分解成它们的组成离子，而带正电荷的盐(主要是铵、钠和钙离子)渴望与石墨烯中的负离子相互作用。

每个雨滴和石墨烯层之间的界面就像一个假电容，两层之间的电势差如此之大，以至于产生了电。

科学家们能够从太阳能电池板上模拟的暴雨产生数百毫伏的电压。在太阳能电池板上添加极薄的石墨烯层是一项了不起的创新，但未来仍有多年的研究。

中国团队所做的研究显示，作为一种概念验证，他们有望实现这一目标，但他们只能在雨中实现约6.5%的效率，而大多数太阳能电池板在全日照条件下的典型平均效率为20-25%。

当然，雨中6.5%的效率总比什么都没有强，即使是在雨夜生产一点能源，对家庭能源生产来说也是一个巨大的突破。

现在，屋顶太阳能电池板的效率很大程度上取决于你能照射到它们的阳光量。这就是为什么世界上最大、效率最高的太阳能发电厂往往建在很少下雨的地区，比如澳大利亚、智利的高沙漠，或者像摩洛哥这样被太阳炙烤的国家。这也是住宅太阳能安装商在阳光明媚的气候条件下生意兴隆的原因。加州和亚利桑那州一直是美国安装太阳能住宅最多的州，这是有充分理由的。