太陽能電池最怕陰雨、霧霾天氣，解決了這個難題，永不熄滅的“太陽能電池”將是逆天的發明，提供24小時不間斷的綠色能源。而一群來自青島的80后和90后青年，正在嘗試著這一顛覆式的創新。

日前，2018年度青島科學技術獎評審委員會評審工作已經結束。其中，中國海洋大學材料科學與工程研究院教授唐群委團隊所研發的項目“新型染料敏化太陽能電池的關鍵材料與器件化研究”擬獲得青島市自然科學獎二等獎。

唐群委團隊所研發項目被稱之為“陰雨天不落的小太陽”，對世界上沒有電的地區是一項巨大的幫助。6年時間內，團隊尋求一種“新型材料”，這種材料使科學界和產業界向“全天候太陽能電池”邁進的夢想又近了一步，同時也破解了“長期困擾太陽能電池研究的學術難題”，給行業帶去了新的啟發。唐群委（中）和他的90后團隊。

一個懸而未決的難題

對于新興的染料敏化太陽能電池的研發，唐群委用“各有特色”來形容目前中國的研究態勢。

自1954年美國貝爾實驗室發明第一塊單晶硅太陽能電池以來，在人類利用太陽能發電的歷程中陸續出現了GaAs（砷化鎵）電池、多晶硅電池、非晶硅電池等電池。1991年，瑞士聯邦理工學院的科學家研發成功了太陽能電池，不僅將這一電池的發電效率由1%以下提升至7.1%，而且讓其更加輕便、柔韌，并由此掀起了薄膜太陽能電池研究的熱潮。

“有的單位以有機染料見長，有的學者主要研究纖維太陽能電池，有的團隊以凝膠電解質研究著稱，而我們側重于‘導電’凝膠電解質和合金對電極的研究?！碧迫何f，電解質、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，前者易泄漏、揮發，后者成本高、易溶解?！搬槍Υ?，我們專注于‘導電’凝膠電解質和合金對電極的研究，并取得了良好的成效?！?/p>

自2012年以來，唐群委帶領科研團隊聚焦技術瓶頸，取得了令學術界同行刮目相看的成績。先是他們采用自主研發的“導電”凝膠電解質組裝的太陽能電池的最高光電轉換效率達到了9.1%（普通凝膠電解質電池的轉換效率為6%，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；接著他們采用自己發明的合金對電極組裝的太陽能電池的發電效率達到了12.75%，已接近世界先進水平，進一步縮小了與發達國家的差距。

在太陽能電池的基礎研究中，除了聚焦電解質、對電極這兩大制約染料敏化太陽能電池發展的瓶頸外，唐群委還向另一長期困擾太陽能電池科學界的難題發起了沖擊。“太陽能電池在暗環境發電效率低，甚至不發電一直是無法解決的難題。十多年來，國際上投入了大量的人力、物力、財力研究也沒有明顯起色。”唐群委說。從事其他研究之余，他也一直在思考這一難題，但始終沒有想到破解之法，直到2015年在與云南師范大學楊培志教授的聊天中他才得到啟發，最終促成了可在雨天發電太陽能電池的問世。

創新思路讓雨水能發電

如果說學術同行的點撥為唐群委指明了研究的新方向，那么偶然間讀到的一篇論文，成為了他正式開始雨天發電太陽能電池研發的催化劑。2014年，偶然的機會，他讀到一篇文章，文章稱有團隊在實驗中發現一滴鹽水在石墨烯材料上流動會產生電信號，唐群委一瞬間有了新想法。

雨水并非純凈水，受海風、風化、閃電等各種自然因素的影響而含陽離子以及陰離子，這些離子的含量與種類還會因氣候和環境的不同而呈現出明顯的區域性差異。唐群委帶領科研團隊迫不及待地進行了實驗，果不其然，雨滴滴落在石墨烯材料上也會形成陽離子/電子雙電層“贗電容”，雨滴在石墨烯表面的鋪展-收縮過程即為“贗電容”充、放電，進而產生電壓和電流。

“如何把石墨烯和現在的太陽能電池結合，進而制造出既可在晴天時運用太陽光發電，又可在下雨天利用雨水發電的新型太陽能電池是我們遇到的最大挑戰?！碧迫何硎?。實驗初期，他們把透明的石墨烯放置于太陽能電池的上層，白天有光照時，太陽光先穿過石墨烯，再照射到太陽能電池板上發電。

下雨天，雨水直接滴落在最外層的石墨烯板上發電?！安煌椒ㄑ兄频氖┬阅苡胁町?，且石墨烯的透光率并非100%，以至于正常光照時電池效率比沒有石墨烯的電池效率有所降低，這在實際應用中并不經濟。”唐群委說，經過多個方案的比較研究，最終采用楊培志團隊研制的石墨烯，在太陽能電池上通過熱壓法組裝完成了相關實驗。

一個“80后”加一群“90后”

6年前，32歲的唐群委成為中國海洋大學借助“青年英才工程”（第一層次）引進的又一青年學者。初到海大，他確立了以染料敏化太陽能電池的‘導電’凝膠電解質和合金對電極為主的研究方向。

之后，“80后”的唐群委帶領一群“90后”研究生和本科生實干苦干、穩扎穩打，三年多來，獲授權國家發明專利6項，以第一或通訊作者身份發表SCI論文110篇以上，其中不乏 《應用化學》這樣的國際知名期刊。

博士研究生段艷艷是“90后”學生團隊中年齡最大的一位，也是讓導師和師弟師妹信任的科研骨干?；貞浧鹩晏彀l電太陽能電池的研發歷程，段艷艷用“既有辛苦，又有驚喜”來形容，“早晨五點起床，把實驗樓傳達室的大叔喊起來開門，晚上十點半又在大叔的催促下走出實驗室。到了最后的攻堅階段，就通宵做實驗、采集數據?！?/p>

“學生們既勤奮，又執著，為了確保數據的真實性，每一個實驗都要重復上百次。做到最后，有學生都堅持不住了，問我‘唐老師可以了吧？’”唐群委說，為了避免學生在研究中走彎路，每周四下午他都會召開“組會”，大家輪流介紹自己一周的科研進展情況，遇到的問題、好的思路建議也要提出來，彼此集思廣益，在碰撞與交流中推進工作。

在成功獲得實驗數據的基礎上，經過與楊培志的反復探討，他們最終撰寫出了題為 《一種既可在陽光下也可在雨水下發電的太陽能電池》的論文，投給德國《應用化學》雜志后，兩位評審專家均給出了“無須修改，直接刊用”的意見。論文刊發后，立刻引起了國際新聞界和學術界的關注，并被翻譯成英、法、德、拉丁、捷克等多種語言，甚至有媒體稱其為光伏發電史上具有“里程碑”意義的創新。（青島晚報/掌上青島/青網記者 薛飛）

創新夢想

打造全天候太陽能電池

作為全球光伏發電裝機容量最大的國家，雖然中國的裝機容量已達4318萬千瓦，但其電池類型主要以晶硅電池為主。第三代太陽能電池產品——染料敏化太陽能電池的產業化之路才剛剛起步。談及雨天發電太陽能電池的產業化之路，唐群委表示，從實驗室到工廠還有很長的路要走，但他對該項目的應用前景保持樂觀?！坝炅砍渑娴柲苜Y源不夠豐富的地區，酸雨多發地區，以及島礁供電和海上航行等領域都能派上用場”。著眼更長遠的未來，唐群委說：“雨天發電太陽能電池不是最終目標，研發‘全天候太陽能電池’才是我們的終極理想，未來的太陽能電池有望在任何天氣情況（白天、夜晚、陰、雨、霧、霾等）下發電。”

在給國外研究者的一封信里，唐群委也曾說：“全天候太陽能電池絕對有潛力解決能源危機?！?/p>

[責任編輯：楊凡、彭芳]

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