暨南大学唐群委团队研发成功大面积混合能量采集太阳能电池组件

youyoucao 4年前 (2021-01-15) 2729浏览

引言

能源危机与环境污染是人类正面临的重大挑战，开发可再生的清洁能源是实现世界经济可持续发展的战略性选择。通过光电转换技术高效利用太阳能被认为是未来能源发展战略的核心之一。目前，虽然商业主流的晶硅太阳能电池的光电转换效率已经逐渐达到其理论效率值，但受到电池结构的限制，均需在太阳光或室内光照射下输出电能，而在降雨等弱光环境下的能量转换效率较低，比如中国华南、东南亚、北美洲南部、南美洲、非洲中部、欧洲西部等国家和地区降雨资源丰富、降雨周期长，因此，通过开发应用环境多元化的混合能量采集太阳能电池有望延长发电时间、增加发电量，进而降低度电成本。

成果简介

针对晶硅太阳能电池在降雨等暗光天气发电量低甚至不能正常发电的难题，近日，暨南大学唐群委研究团队通过在晶硅太阳能电池表面覆盖一层高电负性透明的聚二甲基硅氧烷（PDMS）介电薄膜以及沉积表面金属电极，构建了一种以晶硅太阳能电池为摩擦层的双电极纳米摩擦发电机，实现了同时捕获太阳能和雨滴水动能的混合能量采集太阳能电池。与常规单电极模式捕获雨能相比，研究发现，以太阳能电池整体作为摩擦层，由于内建电场与表面摩擦电荷的相互耦合作用，能够有效增加电池的内建电场，同时大幅增加了在雨滴刺激下的电能输出。通过优化薄膜的厚度，最终将晶硅太阳能电池的光电转换效率提升了20%，同时在雨天环境下获得了7.59 uA/滴、37.19 V/滴的电池能输出，每滴雨水可以同时点亮26盏LED灯。该工作以“Boosting power conversion efficiency by hybrid triboelectric nanogenerator/silicon tandem solar cell toward rain energy harvesting”为题发表在Nano Energy杂志上，赵磊磊为第一作者，段加龙副研究员、杨希娅副研究员以及唐群委教授为文章的通讯作者。