背景

傳統(tǒng)的礦物燃料例如石油、天然氣和煤，都屬于不可再生資源，且燃燒時會釋放出大量二氧化碳，引起溫室效應，破壞生態(tài)平衡。因此，在新技術與新材料的基礎上，人類開始利用清潔環(huán)保、生態(tài)友好、可再生的新能源，例如：太陽能、生物質能、風能、地熱能、波浪能、洋流能和潮汐能等等。

太陽能是最具代表性的新能源之一，具有極高的開發(fā)和利用價值，其優(yōu)勢包括：清潔、環(huán)保、可再生、易獲取、低成本等。目前最常見的太陽能利用方式就是太陽能發(fā)電，其中太陽能電池扮演了關鍵角色。在之前的文章中，筆者介紹過多個與太陽能電池相關的創(chuàng)新研究進展。

然而，在利用太陽能電池發(fā)電方面一直存在一個制約因素：陰雨天氣條件會嚴重影響發(fā)電量。在經常下雨的地區(qū)，太陽能電池可能并不是一個好選擇，因為陰云密布阻擋了陽光，從而影響了太陽能電池的發(fā)電量。

創(chuàng)新

近日，中國蘇州大學功能納米與軟物質研究院孫寶全教授課題組與孫旭輝教授課題組合作在《ACSNano》上發(fā)表論文，將太陽能電池與摩擦電納米發(fā)電機（TriboelectricNanogenerator,TENG）相結合，開發(fā)出一種混合型太陽能電池，它既可以利用陽光發(fā)電，也可以利用雨滴發(fā)電。

技術

摩擦電納米發(fā)電機，讀過筆者文章的朋友一定都不會陌生，之前的文章例如：《新型摩擦電納米發(fā)電機：可利用人體運動實現無線供電！》、《新型摩擦電納米發(fā)電機：靈感來源于中華傳統(tǒng)剪紙！》、《可穿戴設備通過人體運動供電，可行嗎？》、《可貼到皮膚上的金標簽：利用人體運動發(fā)電！》都介紹過有關摩擦電納米發(fā)電機的研究成果。

簡單說，摩擦電納米發(fā)電機是通過采集我們周圍的機械能發(fā)電，例如利用彎曲手指或者跑步等人體運動的能量。

摩擦電納米發(fā)電機的發(fā)電原理是什么？

由于摩擦起電效應，在摩擦電納米發(fā)電機的內部電路中，兩個摩擦電極性不同的材料薄層之間會發(fā)生電荷轉移，在二者之間形成電勢差；在摩擦電納米發(fā)電機的外部電路中，電子在電勢差驅動下，在摩擦電材料層背面的“兩個電極之間”或者“電極與地之間”流動，從而平衡這個電勢差。

之前的許多有關摩擦電納米發(fā)電機的研究，都是想利用人體運動的能量發(fā)電。然而，蘇州大學的科研人員卻利用了雨滴的能量發(fā)電，他們將摩擦電納米發(fā)電機集成到太陽能電池中，讓太陽能電池在雨天也能有效發(fā)電。之前，也有一些類似的研究在太陽能電池中添加了贗電容或摩擦電納米發(fā)電機（TENG），但這些設備往往非常笨重且難以制造，而蘇州大學的科研團隊旨在開發(fā)一種更好的混合能源采集系統(tǒng)。

那么，這種混合型太陽能電池有什么獨特的地方呢？

研究人員采用了兩種聚合物材料：PDMS和PEDOT:PSS，PDMS是指聚二甲基硅氧烷，PEDOT:PSS是一種高分子聚合物的水溶液，導電率很高。

摩擦電納米發(fā)電機位于太陽能電池之上，結合了作為摩擦電材料的PDMS與作為電極的PEDOT:PSS層。PEDOT:PSS薄膜層位于太陽能電池與摩擦電納米發(fā)電機之間，成為太陽能電池與摩擦電納米發(fā)電機的共同電極。就太陽能電池而言，加入PEDOT:PSS可以減少光線反射，從而改善其性能。當雨滴落下時，頂層的摩擦電納米發(fā)電機被激活，PEDOT/PSS材料薄膜層會將摩擦電納米發(fā)電機生成的電能傳送至太陽能電池。此外，因為聚合物是透明的，所以在晴天時，太陽能電池仍然可以從陽光中采集能量。

價值

這項研究非常具有創(chuàng)新性，它使得太陽能電池無論是晴天還是雨天，都可以采集能量發(fā)電，有效地將太陽能電池技術和摩擦電納米發(fā)電機技術的優(yōu)勢結合起來，很好地整合到一個系統(tǒng)中去，提供一種高效的能源利用方式。