太阳能是全球绿色经济的重点，太阳能电池占所有可再生能源装置的四分之三以上。然而，提供可靠和持久的太阳能带来了重大挑战。

商用太阳能电池板仅将大约 20% 的阳光转化为电能，而其余的要么被吸收为热量，要么被反射。这种热量会降低性能并缩短面板的使用寿命，从而导致提前更换。因此，冷却是必不可少的，但风扇和泵等传统系统需要电力。被动冷却提供了一种不消耗能源的替代方案。

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由AI生成的概念图

由沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学 （KAUST） 领导的一个国际研究团队开发了一种基于丙烯酸酯的新型复合材料，可以提高太阳能电池的性能。

当应用于在沙特阿拉伯运行数周的太阳能电池时，该材料显著提高了功率输出和使用寿命，同时降低了电池使用的电量。

高温对太阳能电池板的影响

防止过热是最大化光伏性能的关键。目前主导市场的晶体硅组件仅能将约20%的太阳能转化为电能，剩余能量被转化为热量，导致电池板温度显著高于环境温度。

性能衰减存在明确阈值：温度每升高1°C，效率损失约0.35%。而对温度更敏感的钙钛矿电池技术，热衰减问题更为严峻。其机理在于：热能会降低最大输出功率和开路电压，同时增加短路电流。

（注：光伏板在标准测试条件（STC）下的额定温度为25°C，但实际运行时温度会因环境因素升高。根据国际可再生能源机构（IRENA）数据，光伏板表面温度通常比环境温度高20-30°C。例如，在35°C的晴天，光伏板温度可达55-65°C。若环境温度超过50°C（如沙漠地区），面板温度可能突破80°C。

高温会导致效率下降，温度每升高1°C，输出功率减少约0.3%-0.5%（来源：美国国家可再生能源实验室NREL）。）

简言之，在光照充足的热带/沙漠地区（本应是光伏技术最佳应用场景），高温反而成为性能瓶颈。有效冷却电池板可显著提升发电量并缩短投资回报周期。

现有冷却技术对比

目前主要存在两种散热策略：

主动冷却：通过水泵或风扇等耗能设备强制散热，虽有效但成本高、维护复杂；

被动冷却：依赖自然过程（如自然通风、辐射冷却、蒸发冷却），具低维护优势。

其中，蒸发冷却因水凝胶基复合材料的发展备受关注。这类材料能响应环境温湿度变化吸放水分，通过蒸发实现表面降温。但传统制备工艺复杂，导致成本高昂。

新型被动冷却层的突破性进展

为突破上述限制，研究团队开发出由氯化锂（LiCl）和聚丙烯酸钠（PAAS） 构成的吸湿复合材料：

• 创新点：聚丙烯酸钠作为低成本聚合物，无需有毒化学试剂即可生产，大幅降低制造成本；

• 结构设计：制成10mm厚蒸发冷却层，附着于光伏板背面；

• 沙漠实测：沙特沙漠环境中，冷却层使电池板温度降低9.4°C，功率输出提升12%以上，寿命延长超200%，平准化电力成本（LCOE）下降近20%；

• 跨气候验证：在美国多雨地区测试同样有效，证明其环境适应性。

这种材料在夜间从空气中吸收水分，并在白天释放水分。聚丙烯酸酯是一种廉价的聚合物，与其他用于冷却的吸湿性材料不同，制造过程不需要有害化学品或专用试剂。这使得复合材料更具成本效益。

研究价值与前景

该技术为高效可持续太阳能发电开辟了新路径，相关成果发表于材料科学顶级期刊《Materials Science and Engineerig: R: Reports》。其低成本、易制造、免维护的特性，尤其适合大规模光伏电站应用，有望加速全球能源转型进程。

DOI： 10.1016/j.mser.2025.101016