唐群委：点亮雨天的新能源之光(2)

2013年11月，第九届中国太阳级硅及光伏发电研讨会在江苏常熟举行，会议期间唐群委与来自云南师范大学可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室的杨培志教授一见如故。在太阳能电池研究方面的志趣相投、理念一致，以及知识结构和研究背景的互补性使二人成为亲密无间的科研合作伙伴。“在一次交谈中，杨培志教授说如果能开发一种在夜晚和阴雨天等其他天气情况下也能发电的太阳能电池，那对光伏发电的推动作用将是非常大的。”唐群委说，正是有了杨培志教授的点拨，他才有意识地思考在其他天气情况下的太阳能发电问题。

如果说学术同行的点拨为唐群委指明了研究的新方向，那么偶然间读到的一篇论文，成为了他正式开始雨天发电太阳能电池研发的催化剂。“2014年，一次偶然的机会，我读到南京航空航天大学郭万林教授的一篇文章，他们团队在实验中发现一滴盐水在石墨烯材料上流动会产生电信号。”唐群委说，通过理论计算和数值模拟，郭万林团队对这一现象提出了合理解释：水滴中的阳离子与石墨烯的离域电子结合形成双电层电容，水滴的前部阳离子逐渐与电子结合，相当于给电容充电；而水滴的尾部阳离子与电子脱离，相当于给电容放电，这一充放电过程就产生了电信号。“受此启发，我就考虑雨滴滴落在石墨烯材料上是否也能产生电信号呢”？

雨水并非纯净水，受海风、风化、闪电等各种自然因素的影响而含有钠离子、钙离子、铵离子等阳离子以及氯离子、硫酸根离子、硝酸根离子等阴离子，这些离子的含量与种类还会因气候和环境的不同而呈现出明显的区域性差异。唐群委带领科研团队迫不及待地进行了实验，果不其然，雨滴滴落在石墨烯材料上也会形成阳离子/电子双电层“赝电容”，雨滴在石墨烯表面的铺展——收缩过程即为“赝电容”充、放电，进而产生电压和电流。

“如何把石墨烯和现在的太阳能电池结合，进而制造出既可在晴天时运用太阳光发电，又可在下雨天利用雨水发电的新型太阳能电池是我们遇到的最大挑战。”唐群委表示。实验初期，他们把透明的石墨烯放置于太阳能电池的上层，白天有光照时，太阳光先穿过石墨烯，再照射到太阳能电池板上发电。下雨天，雨水直接滴落在最外层的石墨烯板上发电。“不同方法研制的石墨烯性能有差异，且石墨烯的透光率并非100%，以至于正常光照时电池效率比没有石墨烯的电池效率有所降低，这在实际应用中并不经济。”唐群委说，经过多个方案的比较研究，最终采用杨培志教授团队研制的石墨烯，在太阳能电池上通过热压法组装完成了相关实验，但石墨烯薄膜与太阳能电池的合理耦合仍然是一个需要不断探索和创新的课题。