Присоединив прозрачный наногенератор к кремниевому солнечному элементу, китайские ученые из университета Сучжоу разработали устройство, накапливающее как солнечную энергию, так и механическую энергию падающих капель дождя. Двойная функциональность сможет обеспечить практически бесперебойный сбор энергии в переменчивых погодных условиях.
Гибридное устройство состоит из обычного кремниевого солнечного элемента и трибоэлектрического наногенератора (TENG), который преобразует механическую энергию падающих капель в электричество. Хотя предыдущие исследования показали, что эти два типа устройств могут потребовать дополнительных проводов, в новой конструкции солнечные элементы и TENG интегрируются путем совместного использования общего электрода.
«Самый большой прорыв в этой работе заключается в том, что интегрированный генератор, состоящий из солнечной батареи и TENG, был запущен путем совместного использования одного и того же электрода», – рассказывает один из исследователей Жен Вэн. «По сравнению с предыдущими работами простая конструкция общего электрода уменьшает количество функциональных слоев, что значительно повышает эффективность устройства».
Общий электрод позволяет сделать не только более компактной конструкцию, но и дает преимущества как для солнечных элементов, так и для TENG. В частности, TENG защищает солнечный элемент, выступая в качестве водонепроницаемого барьера и препятствуя проникновению воды из кремния. Поверхность текстурированного электрода также значительно подавляет нежелательное отражение света, усиливая световую сборку. Кроме того, текстурированная поверхность приводит к увеличению площади контакта между TENG и падающими каплями дождя, что улучшает общую производительность наногенератора.
Одной из проблем, которую еще предстоит решить, является незначительный недостаток, заключающийся в том, что солнечный элемент и TENG не могут работать одновременно.
«Из-за конструкции взаимного электрода солнечный элемент и наногенератор не могут работать вместе», – говорит другой исследователь Вэнь Цзябао. «Поэтому, если есть солнечный свет (солнечный свет и капли, появляющиеся одновременно), мы должны отказаться от одной функции гибридного генератора. Но я не думаю, что это часто бывает».
В будущем ученые планируют исследовать интеграцию гибридного устройства в одежду.
«Благодаря уникальному дизайну он легкий и высокоэффективный. Мы сейчас разрабатываем волоконно-образное устройство и надеемся сплести их вместе как ткань. Мое желание состоит в том, чтобы изготовить одежду, которая может вырабатывать электричество от солнечных лучей и дождевых капель, а затем использовать это электричество для питания носимых электронных устройств», – говорит Вэнь.
