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(fā)生污染，從而導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率受限。
怎樣才能解決這一難題呢?來自華北電力大學(xué)的仰望星空團隊設(shè)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(chuàng)新實驗作品大賽上脫穎而出，獲得了北京市大學(xué)組第1名的好成績。
電池蓋片蒙塵引發(fā)思考
上海姑娘王簡發(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)目前太陽能的使用有對入射光的吸收率不高導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率有限及受環(huán)境污染影響使用壽命減短等困境。
帶著高中時就發(fā)現(xiàn)的問題，王簡考進(jìn)了華北電力大學(xué)，在這里她遇到了志同道合的同學(xué)——唐悅。兩人既是同班同學(xué)又是室友，一拍即合，決定利用自己的創(chuàng)意解決問題。
仿生學(xué)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�！蓖鹾喓吞茞偘l(fā)現(xiàn)，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(fā)明一種自清潔的方式來解決因為污染而產(chǎn)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(jié)成水珠滾落。如果這種原理應(yīng)用在玻璃上就可以利用凝結(jié)成珠的雨水滾落帶走灰塵，對玻璃進(jìn)行自清潔�！碧茞偨忉專瑓⒄蘸扇~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(fù)眼光學(xué)減反原理在相關(guān)領(lǐng)域早有應(yīng)用。借鑒自然界荷葉表面自清潔和飛蛾復(fù)眼光學(xué)減反原理與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，王簡和唐悅提出了一種應(yīng)用于太陽能電池表面的納米線結(jié)構(gòu)，既能防污染又能減反增透。
數(shù)十次試驗尋找工藝最優(yōu)值
王簡和唐悅申請到了“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)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(xué)和朋友不斷加入。除了我們兩個是電氣與電子工程專業(yè)外，團隊里還有來自石油專業(yè)、核電專業(yè)、通信專業(yè)和可再生能源專業(yè)的�！�
為了尋找效果最佳值，同學(xué)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(xué)表面結(jié)構(gòu)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(shè)計方法，每平方米的加工價在5至10元左右，投入產(chǎn)出比較大，為推廣到實際大規(guī)模使用奠定基礎(chǔ)�！�
輸出電流提高約3成
由于學(xué)校實驗室條件有限，項目組與廠家取得聯(lián)系，在廠家的幫助下設(shè)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(qū)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(jié)構(gòu)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(yīng)的太陽能電池輸出電流下降約25%，表面具有納米結(jié)構(gòu)玻璃蓋片對應(yīng)的太陽能電池電流下降約10%，經(jīng)過處理后太陽能電池輸出電流提高約30%，太陽能電池穩(wěn)定性明顯提高。
已申請專利將改進(jìn)推廣
工藝簡單、經(jīng)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(wěn)定性，使王簡和唐悅團隊的設(shè)計在大面積戶外應(yīng)用太陽能領(lǐng)域具有明顯的市場優(yōu)勢。不久前，在全國青年科普創(chuàng)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(shè)計也得到了市場的關(guān)注，不少廠商與這個大學(xué)生創(chuàng)新團隊取得了聯(lián)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(dá)成合作，在民用太陽能光伏領(lǐng)域試用。唐悅坦言：“要向工業(yè)生產(chǎn)推廣，存在許多不確定的因素，只有保證技術(shù)到位，才能克服不精準(zhǔn)的條件劣勢。此外，納米技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用存在世界性難題——不耐磨損，怎樣使我們的設(shè)計使用壽命延長，也是我們探索的方面�！�
唐悅表示，后續(xù)項目組擬開展創(chuàng)業(yè)嘗試。在創(chuàng)業(yè)初始階段，擬通過獲得政府、企業(yè)資助的方式，購置小型生產(chǎn)設(shè)備和工裝等，實現(xiàn)小批量生產(chǎn),并不斷完善工藝。通過推廣，最終實現(xiàn)為各大太陽能電池廠家長期供貨的目標(biāo)。
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