تولید برق از باران توسط سلول خورشیدی گرافنی

در سال های اخیر پیشرفت های فنی، سلول های خورشیدی را به ابزاری کارآمد و مقرون به صرفه بدل کرده است.فناوری صفحات خورشیدی هنوز محدودیت هایی دارد که یکی از آنها آب وهواست. سلول‌های خورشیدی با وجود تامین انرژی از طریق تابش نور خورشید، معایبی نیز دارند که از جمله‌ی آن می‌توان به عدم تولید انرژی در زمان بارش باران اشاره کرد. اما تحقیقاتی که به تازگی انجام گرفته ممکن است این معادله را تغییر دهد.

تیمی از چهار دانشمند چینی ازدانشگاه یونان نرمال و دانشگاه اقیانوس چین به تازگی روشی را برای استفاده از گرافن در صفحات خورشیدی و تبدیل باران به انرژی پاک پیدا کرده اند. محققان چینی برای رفع این نقطه ضعف، در سلول خورشیدی خود از یک لایه گرافنی اضافی استفاده کردند. گرافن یک ساختار دو بعدی کربن است که در آن اتم ها به شکل لانه زنبور با یکدیگر پیوند خورده اند. برای ساخت گرافن از روش های اکسیداسیون، لایه برداری شیمیایی و مکانیکی و سنتز شیمیایی استفاده می شود. گرافین دارای خواص الکتریکی غیرمعمولی است و علاوه بر رسانش الکتریکی، الکترون های آزادی دارد که در تمام سطح لایه حرکت می کنند.در محلول آبی، الکترون های گرافن با یون های دارای بار مثبت پیوند برقرار می کنند. این ویژگی گرافن برای جداکردن یون های سرب و رنگ های ارگانیک از ترکیبات آلی به کار گرفته می شود.

دانشمندان با استفاده از این ویژگی، از الکترون‌های گرافین برای تولید انرژی در مواجهه با قطرات آب استفاده کرده‌اند. در واقع در آن راه‌حل از الکترودهای گرافین برای تولید انرژی از طریق تماس با آب استفاده می‌کنند. قطرات آب باران را نمی‌توان آب خالص خواند، چراکه مایع مورد نظر از وجود نمک بهره می‌برد که می‌توان یون‌های مثبت و منفی آن را تفکیک کرد. یون‌های مثبت موجود در قطرات آب باران که شامل سدیم، کلسیم و آمونیوم است روی سطح گرافین قرار می‌گیرند. قرار گرفتن یون‌های مثبت قطرات آب روی لایه‌ای از گرافین که مملو از الکترون‌های نامنظم و آزاد است، باعث ایجاد دولایه از الکترون ها و یون های مثبت می شود که با عنوان شبه خازن (pseudocapacitor) شناخته می شود. اختلاف پتانسیل حاصل از این پدیده، برای تولید ولتاژ و جریان الکتریکی کافی است.