Nat. Commun.：用于自供电智能窗和显示的发光太阳能聚光器和电致变色超级电容器集成器件

一、 【导读】

建筑物能耗在全球总能耗中占比达30%-40%，提高建筑物能源自给能力已成为国际社会的普遍共识。除了在屋顶铺设不透明的太阳能电池板外，利用建筑物侧立面的玻璃幕墙进行光伏转换已成为当前的研究热点。作为一种半透明光伏器件，发光太阳能聚光器（Luminescent Solar Concentrators，LSCs）不仅能收集直射太阳光，还能在阴天等散射光环境以及阴影环境中有效利用漫反射太阳光进行光伏转换，从而为阴影效应严重的城市建筑中侧立面光伏玻璃幕墙应用提供了新方案。然而，为了存储LSCs产生的光伏电能需要连接储能模块和电压调节模块，这些附加模块不仅降低了LSCs的有效工作面积，还增加了安装空间，不利于在光伏玻璃幕墙场景中的应用。

二、【成果掠影】

近日，东南大学王春雷研究员、徐淑宏副研究员在国际学术期刊《Nature Communications》（自然通讯）发表了题为“Integrated Device of Luminescent Solar Concentrators and Electrochromic Supercapacitors for Self-powered Smart Window and Display（用于自供电智能窗和显示的发光太阳能聚光器和电致变色超级电容器集成器件）”的研究论文。该论文提出了一种具备光伏转换、能量存储和电致变色三种功能的新型集成器件，并将其用于自供电智能窗和信息显示。

三、【核心创新点】

该工作开发了一种基于LSCs和电致变色超级电容器（Electrochromic Supercapacitors, ECSs）的“面对面”集成器件。通过选择电压窗口匹配的电极组合，LSCs产生的光伏电能可以直接存储在ECSs中，无需额外配备储能模块和电压调节模块，从而显著提高了器件的有效工作面积并降低了成本。ECSs不仅具备储能功能，还表现出可逆的电致变色特性，其可见光与近红外光透过率能够根据存储的电量动态调节。通过控制ECSs的充放电过程，这种集成器件还可用作自供电的电致变色智能窗或信息指令显示器。这种集光伏转换、能量存储和电致变色三种功能于一体的创新器件，为建筑智能窗户提供了一种高效且多功能的替代方案。

四、【数据概览】

图1、LSCs-ECSs集成器件的结构和调制机理示意图。在太阳照射下，LSCs产生的电能会被储存在ECSs中，同时使ECSs的透过率降低以阻挡光线的入射。

图2、PANI-600/WO3-45 ECSs的能量存储和电致变色性能。a在0 ~ 1.4 V电压窗中不同扫描速率下的循环伏安曲线；b不同电流密度下的恒电流充放电曲线；c Ragone图和不同电流密度下的面积电容。插图：光学图像显示一个ECSs足以点亮一个计时器。d 0 V、0.4 V、0.8 V、1.2 V、1.4 V时器件的透射光谱；e在550nm测量可逆开关时的实时透射率变化；f在1mA cm−2电流密度下经过1200次循环，器件的电容和电致变色稳定性。

图3、LSCs的光电性能。a CsPbI3/PMMA复合薄膜的透光率。插图：环境光下带有玻璃基板的CsPbI3/PMMA复合薄膜的照片；b CsPbI3/PMMA复合膜的光致发光（PL）和光致发光激发（PLE）光谱。使用透明玻璃测量基线；c CsPbI3/PMMA复合膜的吸收曲线，以及标准太阳光谱AM 1.5 G；d LSCs的正面和侧面发射；e 1太阳条件下PV电池与LSCs边缘耦合的J-V曲线。其中，Voc为开路电压，Isc为短路电流，FF为填充系数，Jsc为短路电流密度；f不同光路CsPbI3/PMMA LSCs的PL强度。插图：不同光路的光强测量原理图。

图4、LSCs-ECSs集成器件的光电性能。a设备的电路图；b集成器件在1个太阳光照条件下充电过程和在黑暗环境不同电流密度下放电过程的V-t曲线；c 1个太阳条件下，不同充电时间的集成器件的透射光谱；d集成器件在完全放电和完全充电状态下的照片；e 1个太阳条件下不同充电状态的集成器件的J-V曲线；f集成器件在充电/放电状态下的太阳辐照光谱。

图5、基于LSCs-ECSs集成器件的自供电显示器。a电致变色显示器的制备示意图。聚氯乙烯（PVC）贴纸用作模板；b自供电显示器的等效电路。将S1和S2同时接在红色或绿色线上，分别实现I档和II档的接通。当S3单独打开时，设备处于档位“0”；c自供电显示器在三种不同开关状态下的光学照片；d自供电显示器在1个太阳条件下的V-t曲线。

五、【成果启示】

该工作通过简单的“面对面”组装的方式将发光太阳能聚光器和电致变色超级电容器集成，得到了集光伏转换、能量存储和电致变色三种功能于一体的创新器件。这推动了发光太阳能聚光器在透明光伏领域的实际应用，也为建筑智能窗户提供了一种高效且多功能的替代方案。

原文详情：

题目：Integrated device of luminescent solar concentrators and electrochromic supercapacitors for self-powered smart window and display

作者：Shichao Huang, Haotian Guo, Pengfei Xia, Hongcan Sun, Changgui Lu, Yuge Feng, Jing Zhu, Cai Liang, Shuhong Xu* & Chunlei Wang*

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-57369-6

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