光伏（PV）技术在能源转换过程中，尤其是在可持续能源系统中发挥着举足轻重的作用。然而，光伏电池的转换效率会受到温度升高的不利影响，导致其整体性能下降。本文，华东师范大学Xing Wu、毕恒昌 研究员等在《SmartMat》期刊发表名为“Efficient Passive Cooling for Photovoltaic Cells via Self-Hygroscopic Polyvinyl Alcohol/Graphene Films”的论文，研究采用了一种自吸湿聚乙烯醇/石墨烯（SPG）冷却膜，包括石墨烯层和含有溴化锂（LiBr）的聚乙烯醇（PVA）水凝胶层，以被动降低光伏电池的工作温度。
石墨烯层作为热传导层，可以有效地将热量从热源传导到用作蒸发冷却层的自吸湿性 PVA 水凝胶层。此外，锂硼的引入还赋予了 PVA 水凝胶优异的自吸湿性能。在石墨烯薄膜和自吸湿性 PVA 水凝胶的协同作用下，SPG 冷却膜表现出了出色的冷却性能。在室外实验中，SPG 冷却膜可将光伏电池的温度降低 20.6°C，并将其平均输出功率从74W/m2 提高到 93 W/m2，提高了约 25.7%。这种冷却膜在提高电子设备冷却性能方面具有巨大潜力，可广泛应用于光伏电池的热管理。
图1、Design principle and characterization of the cooling film. (A) The working mechanism of the SPG cooling film. (B) SEM images of the graphene film (i), the SPG cooling film (ii), and the LiBr30%-PVA hydrogel (iii). (C) XPS characterization of the LiBr30%-PVA hydrogel. (D) Water uptake of LiBr0%-PVA and LiBr30%-PVA hydrogels. (E) High-resolution C 1s XPS spectra of GO film and graphene film. (F) Curve of interfacial bonding versus displacement of graphene film and LiBr30%-PVA hydrogel.
图2、Thermal conductivity of the graphene film. (A) Pictures of large-size SPG cooling film. (B) Schematic diagram of fast thermal conductive evaporative cooling. (C) Thermal conductivity of different samples. (D) Visual comparison of thermal conductivity of different samples. (E) Infrared thermal imaging of the samples during heat transfer.
综上所述，本文开发了一种具有自动蒸发和水分再生功能的 SPG 冷却膜，用于光伏电池的被动冷却。SPG 冷却膜由高导热石墨烯层和吸湿水凝胶层组成。石墨烯层具有 1400 W/(m-K)的高热导率，能有效地将热量从热源均匀、快速地传递到水凝胶层（蒸发冷却层）。此外，LiBr 的加入还赋予了 PVA 水凝胶优异的自吸湿性能，使其在 25°C 和 90% 相对湿度环境下的吸湿能力达到 0.81 g/g。在石墨烯薄膜和自吸湿性 PVA 水凝胶的协同作用下，SPG 冷却薄膜表现出卓越的冷却性能和水分再生能力。在室外实验中，SPG30 冷却膜成功地将光伏电池的温度降低了 20.6°C，并将其平均输出功率从 74 W/m2 显著提高到 93 W/m2。高导热石墨烯和强力吸湿剂（LiBr）的引入赋予了SPG30冷却膜高效、可持续的冷却能力，为提高设备的可靠性和稳定性带来了巨大希望。
文献：https://doi.org/10.1002/smm2.70015
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