太阳能光-热转化是利用太阳能最简单、最直接有效的途径之一。除了常见的太阳能热水器之外，太阳能光-热转化还可以用于采暖制冷，海水淡化以及光-热发电等。光-热发电和海水淡化主要是利用太阳能集热器将所吸收的热能转化为蒸汽（光-热转化）。理想的太阳能蒸汽产生系统必须具有高效的光吸收能力、强有力的水抽取能力及高效的光-热转化能力。因此，前期的太阳能光-热（蒸汽）转化器的研究主要集中在开发和设计高效的光吸收材料、光-热转化材料、水抽取通道及蒸汽产生通道。材料体系及结构主要有：碳基材料、聚合物凝胶、金属等离子体结构、金属-碳的复合结构及分级的纳米结构等。
南大研发石墨烯太阳能光-热发生器 实现约85%转化效率但是，当前的太阳能光-热（蒸汽）转化器大都依赖于持续稳定且垂直入射的光照条件或较高的环境温度以获得优异的光-热（蒸汽）转化效率。基于此，南京大学电子科学与工程学院徐骏教授团队继前期报道的具有全方位太阳光吸收的铜-硅纳米线分级结构太阳能集热器之后(J. Mater. Chem. A, 2018, 6,22976)，与现代工程与应用科学学院的周林副教授合作，又报道了一种具有高效热捕获和储存能力的三维石墨烯/蜂巢（Graphene-based hive (GBH)）太阳能光-热（蒸汽）发生器。该光-热（蒸汽）发生器具有分级的热捕获结构，可通过分级的热回流方式实现有效的热局域和热储存。
其中，高温石墨烯层、与石墨烯接触的三明治结构蜂巢顶层及构筑于蜂巢内部的三明治结构水通道及热局域层，通过分级的界面局域加热实现高效的光-热（蒸汽）转化。最终实现了1个太阳光强度持续照射下——85％的光-热（蒸汽）转化效率。特别地，1小时内不连续光照下水蒸发的总质量达到连续光照下水蒸发总质量的81%。该GBH结构的设计，实现了高效的热捕获、热局域及长期的热储存效果，有利于高效集热系统的开发和在自然环境（晴天或阴天）中工作的高效太阳能光-热（蒸汽）产生系统的开发。
南大研发石墨烯太阳能光-热发生器 实现约85%转化效率图1 3D 石墨烯/蜂巢太阳能集热器的光-热转化及热捕获示意图。
南大研发石墨烯太阳能光-热发生器 实现约85%转化效率图2 3D 石墨烯/蜂巢器件的光-热（蒸汽）转化性能表征。（a）吸收光谱图。（b）光-热转化及热捕获性能。（c）连续光照及不连续光照条件下光-热蒸汽生产速率对比图。（d）海水淡化应用。
该工作以“Enhancement of solar vapor generation by a 3D hierarchical heat trapping structure”为题，近期发表于J. Mater. Chem. A杂志上。南京大学电子科学与工程学院博士生宋小瑛为论文第一作者，徐骏教授和宋虎成副研究员为论文的共同通讯作者。该工作受到了国家自然科学基金项目，国家重点研究开发计划项目及江苏省自然科学基金的支持。
据了解，太阳能一般指太阳光的辐射能量.太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式.
我们现今所使用的能源,有些直接来自太阳,有些是太阳能转化的能源,像水能、风能、生物能,有些是早期由太阳能转化来的一直储存在地球上的能源,像煤炭、石油这样的化石燃料.
太阳能是一种辐射能,具有即时性,必须即时转换成其它形式能量才能利用和贮存.将太阳能转换成不同形式的能量需要不同的能量转换器,集热器通过吸收面可以将太阳能转换成热能,利用光伏效应太阳电池可以将太阳能转换成电能,通过光合作用植物可以将太阳能转换成生物质能,等等.原则上,太阳能可以直接或间接转换成任何形式的能量,但转换次数越多,最终太阳能转换的效率便越低.
太阳能-热能转换
黑色吸收面吸收太阳辐射,可以将太阳能转换成热能,其吸收性能好,但辐射热损失大,所以黑色吸收面不是理想的太阳能吸收面.选择性吸收面具有高的太阳吸收比和低的发射比,吸收太阳辐射的性能好,且辐射热损失小,是比较理想的太阳能吸收面.这种吸收面由选择性吸收材料制成,简称为选择性涂层.它是在本世纪40年代提出的,1955年达到实用要求,70年代以后研制成许多新型选择性涂层并进行批量生产和推广应用,目前已研制成上百种选择性涂层.我国自70年代开始研制选择性涂层,取得了许多成果,并在太阳集热器上广泛使用,效果十分显著.
太阳能-电能转换
电能是一种高品位能量,利用、传输和分配都比较方便.将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础,世界各国都十分重视,其转换途径很多,有光电直接转换,有光热电间接转换等.这里重点介绍光电直接转换器件--太阳电池.世界上,1941年出现有关硅太阳电池报道,1954年研制成效率达6％的单晶硅太阳电池,1958年太阳电池应用于卫星供电.在70年代以前,由于太阳电池效率低,售价昂贵,主要应用在空间.70年代以后,对太阳电池材料、结构和工艺进行了广泛研究,在提高效率和降低成本方面取得较大进展,地面应用规模逐渐扩大,但从大规模利用太阳能而言,与常规发电相比,成本仍然大高.