在夏天里吹着空调、喝着冰水绝对是件美事，但是，你可曾知道，世界上有很多人还享受不到这种待遇，因为水与能源都是当今世界面临的主要发展挑战。《2014年世界水发展报告》的主要作者理查德•康纳（Richard Connor）指出：“全世界有13亿人缺乏电力，全世界有7亿7000多万人缺乏改善过的水源。缺乏供水的地区常常与缺乏电力的地区相重合，这从另一个角度显示了水与能源之间的关联。”
能源与水的关系密不可分并且已受到广泛关注，一方面，能源资源的开采、加工和转化过程需要消耗大量纯净水。另一方面，水的净化过程中需要消耗大量能量。科学家们一直试图找到合适的方法处理水与能源的关系。沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学王鹏教授结合现有光伏技术和多级膜蒸馏技术，设计了一种可同时产水产电的装置，相关论文发表在Nature·Communications上，为解决水-能源危机提供了更绿色的标杆。
能源从开采到最终转化为电能的过程十分复杂，其中水扮演着重要的角色。在大多数发电厂中，需要用水冷却涡轮发动机，而这一过程中大量水分通过蒸发而消耗。即使以清洁的方式通过光伏发电，也需要使用纯净水定期给光伏面板进行清洗。而随着人口的增长以及全球气候的变化，我们正面临严重的水危机：全球约三分之一的人口每年至少有一个月生活在严重缺水条件下，5亿人全年面临水资源短缺问题。
太阳光作为一种可持续、可再生的清洁能源，对未来可持续发展有着至关重要的作用。目前已提出多种太阳能转化技术，如光催化分解水产氢、太阳能电池、光热存储等。其中由于光伏发电可直接从太阳光中获取电能受到广泛关注。光伏发电通过将太阳光中较短波长部分通过光伏效应转化为电能，而太阳光中长波段部分则被转化为热能。
能够综合水与电力生产的系统是可持续前景的关键，例如在沙特阿拉伯和阿联酋的一些发电厂集海水淡化和能源生产于一身。不过传统光热水净化技术中，光热材料将太阳光转化为热能后将水源蒸发，产生的蒸汽在在透明玻璃内表面冷凝，并将热量扩散至环境。其理论最大产水速率为~1.6 kg/m2h, 而由于冷凝表面热量扩散较慢，使其冷凝速度降低，因此其实际产水速率仅为0.3~0.7 kg/m2h。
该装置将太阳能电池所产生的低温废热作为热源，利用水蒸发吸热、冷凝释放热量的特点，通过多级膜蒸馏技术实现高效蒸发和冷凝。其中，单级组件主要由蒸发层、多孔膜、冷凝层以及导热层组成。太阳能电池受光照后，将太阳能转化为电能和热能。热量通过导热层被蒸发层中的水吸收后产生水蒸气并向下扩散至冷凝层冷凝，释放热量。所释放的热量经过冷凝层底部的导热层传送至下一级并作为下一级的热源进行蒸发、冷凝。
这项研究实现了在同一个装置中通过太阳能同时产水产电，大大提高了太阳能的利用率，具有很高的商业应用前景。例如在沙特阿拉伯沿海地区，淡水资源匮乏而阳光充足，因此在该地区发展光伏产水技术具有广大前景。此外，已有报道表明太阳能电池发电厂的建立有利于太阳能电板下面植物生长，这是由于清洗太阳能电池面板的纯净水灌溉造成的。
据此，研究团队将致力于利用光伏产水装置在靠近海水、咸水湖的半干旱地区打造光伏-咸水净化-农业生态。