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| “拯救”霧霾中的太陽能電池 |
| （時間:2017-2-17 9:48:44） |
太陽能汽車零污染，能源用之不竭，被人們稱為“未來汽車”。但灰塵、尾氣、霧氣、雨水，常常使大面積暴露在室外的太陽能電池板發生污染，從而導致光電轉換效率受限。
怎樣才能解決這一難題呢?來自華北電力大學的仰望星空團隊設計了一款具有減反射、自清潔功能的太陽能電池玻璃蓋片，能將車載太陽能電池輸出電流提高約30%。該團隊在全國青年科普創新實驗作品大賽上脫穎而出，獲得了北京市大學組第1名的好成績。
電池蓋片蒙塵引發思考
上海姑娘王簡發現，太陽能汽車的電池一到冬天，尤其是霧霾天時，很容易灰蒙蒙的，影響供電效果。從車載太陽能電池入手，王簡發現目前太陽能的使用有對入射光的吸收率不高導致光電轉換效率有限及受環境污染影響使用壽命減短等困境。
帶著高中時就發現的問題，王簡考進了華北電力大學，在這里她遇到了志同道合的同學——唐悅。兩人既是同班同學又是室友，一拍即合，決定利用自己的創意解決問題。
仿生學原理打開思路
“我們決定從外部入手，以太陽能電池蓋片為研究對象，提高效率。”王簡和唐悅發現，太陽能汽車的電池長期處在戶外，很少有人會定期清洗它，能不能發明一種自清潔的方式來解決因為污染而產生的透光性下降的問題呢?
“大家都見過雨中的荷葉，雨滴會凝結成水珠滾落。如果這種原理應用在玻璃上就可以利用凝結成珠的雨水滾落帶走灰塵，對玻璃進行自清潔。”唐悅解釋，參照荷葉的原理，由于表面張力和凸體間空氣的阻力作用，仿生對象上的水滴總是收縮成球狀，使其接觸角變大，疏水性增強，具備自清潔功能。
此外，增加太陽光的入射率，減少反射率，也是提高效率的途徑，飛蛾復眼光學減反原理在相關領域早有應用。借鑒自然界荷葉表面自清潔和飛蛾復眼光學減反原理與微觀結構的關系，王簡和唐悅提出了一種應用于太陽能電池表面的納米線結構，既能防污染又能減反增透。
數十次試驗尋找工藝最優值
王簡和唐悅申請到了“大學生創新創業訓練計劃”的資助，團隊的“雪球”也越滾越大。“有志這方面研究的同學和朋友不斷加入。除了我們兩個是電氣與電子工程專業外，團隊里還有來自石油專業、核電專業、通信專業和可再生能源專業的。”
為了尋找效果最佳值，同學們做了40余次試驗才找到了最合適的腐蝕時間和溫度。唐悅說，這種微納仿生學表面結構制備工藝過程可控、成本低。“太陽能電池每平方米價格約在千元左右，而按照我們的設計方法，每平方米的加工價在5至10元左右，投入產出比較大，為推廣到實際大規模使用奠定基礎。”
輸出電流提高約3成
由于學校實驗室條件有限，項目組與廠家取得聯系，在廠家的幫助下設計了室外仿真工況對比試驗：一組太陽能電池上粘貼未處理原始玻璃蓋片，另一組太陽能電池上粘貼處理過的玻璃蓋片，測試兩組太陽能電池輸出功率。隨后，將兩組太陽能電池置于戶外試驗區域，測試兩組太陽能電池輸出功率變化情況。
30天后，太陽能電池輸出電壓基本沒有變化，而輸出電流變化明顯。由于表面具有納米結構玻璃蓋片的減反增透性，處理后太陽能電池輸出電流較原始樣件提高約5%。
由于污染作用，原始玻璃蓋片對應的太陽能電池輸出電流下降約25%，表面具有納米結構玻璃蓋片對應的太陽能電池電流下降約10%，經過處理后太陽能電池輸出電流提高約30%，太陽能電池穩定性明顯提高。
已申請專利將改進推廣
工藝簡單、經濟、有效，能夠從一定程度上提高太陽能電池的輸出功率，提升穩定性，使王簡和唐悅團隊的設計在大面積戶外應用太陽能領域具有明顯的市場優勢。不久前，在全國青年科普創新實驗作品大賽上，該項目獲得了北京市第1名、全國第3名的好成績。在不斷參賽的過程中，這個設計也得到了市場的關注，不少廠商與這個大學生創新團隊取得了聯系。
目前，這個項目正在申請專利，也已與上海某研究所廠家達成合作，在民用太陽能光伏領域試用。唐悅坦言：“要向工業生產推廣，存在許多不確定的因素，只有保證技術到位，才能克服不精準的條件劣勢。此外，納米技術的大規模應用存在世界性難題——不耐磨損，怎樣使我們的設計使用壽命延長，也是我們探索的方面。”
唐悅表示，后續項目組擬開展創業嘗試。在創業初始階段，擬通過獲得政府、企業資助的方式，購置小型生產設備和工裝等，實現小批量生產,并不斷完善工藝。通過推廣，最終實現為各大太陽能電池廠家長期供貨的目標。
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