利用“影子效应”发电

阴影常常与黑暗和不确定性联系在一起。现在，NUS的研究人员通过展示一种利用这种常见但经常被忽视的光学效应来发电的方法，给阴影带来了积极的旋转。这一新颖的概念为电力电子在室内照明条件下产生绿色能源开辟了新的途径。

来自NUS材料科学与工程以及NUS物理的一个团队创造了一种名为阴影效应能量发生器(SEG)的设备，它利用照明区和阴影区之间的照明对比度来发电。他们的研究突破于2020年4月15日发表在科学期刊“能源与环境科学”(Energy&Amp；Environmental Science)上。

“影子无处不在，我们常常认为它们是理所当然的。在使用稳定光源为器件供电的传统光伏或光电应用中，阴影的存在是不希望的，因为它降低了器件的性能。在这项工作中，我们利用阴影造成的照明对比度作为一种间接的能量来源。照明中的对比度在阴影部分和照明部分之间感应电压差，从而产生电流。这种在阴影下收集能量的新概念是史无前例的，“研究小组组长、来自国立大学材料科学与工程学院的助理教授谭瑞清解释说。

智能手机、智能眼镜和电子手表等移动电子设备需要高效、持续的电源供应。由于这些设备在室内和室外都可以佩戴，可以利用环境光的可穿戴电源可能会提高这些设备的多功能性。虽然商用太阳能电池可以在室外环境中发挥这一作用，但在阴影持续存在的室内条件下，它们的能量收集效率会显著下降。这种从与低光强相关的照明和阴影中清除能量的新方法既令人兴奋又及时，从而最大限度地提高能量收集的效率。

为了应对这一技术挑战，NUS团队开发了一种低成本、易于制造的SEG，以执行两项功能：(1)将照明对比度从部分阴影投射转化为电能，(2)用作自供电的接近传感器来监控经过的对象。

SEG包括布置在柔性透明塑料膜上的一组SEG电池。每个SEG单元都是沉积在硅片上的一层金薄膜。经过精心设计，与商用硅太阳能电池相比，SEG的制造成本更低。研究小组随后进行了实验，以测试SEG在发电和作为自供电传感器方面的性能。

“当整个SEG电池处于照明或阴影下时，产生的电量很低或根本没有。当SEG单元的一部分被照亮时，检测到显著的电输出。我们还发现，发电的最佳表面积是当SEG电池的一半发光，另一半在阴影下，因为这样就有足够的面积分别产生和收集电荷，“来自NUS物理的联合团队负责人Andrew Wee教授说。

基于实验室实验，该团队的四电池SEG在阴影移动的影响下，与商用硅太阳能电池相比，效率是商业硅太阳能电池的两倍。在室内照明条件下产生阴影的情况下，从SEG获得的能量足以为一块数字手表供电(即1.2V)。

此外，该研究小组还表明，SEG可以作为监测移动物体的自供电传感器。当物体经过SEG时，它会在设备上投下间歇性的阴影，并触发传感器记录物体的存在和移动。

这个由六名成员组成的团队花了四个月的时间来构思、开发和完善设备的性能。在下一阶段的研究中，NUS团队将试验黄金以外的其他材料，以降低SEG的成本。

NUS的研究人员还在研究开发具有多功能的自供电传感器，以及连接到衣服上的可穿戴式传感器，以便在正常的日常活动中收集能量。另一个有前途的研究领域是开发低成本的SEG电池板，以有效地从室内照明中获取能量。

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