两种材料之间存在动态接触时会产生电荷转移，基于该种动态接触的摩擦纳米发电机（TENG）可以收集环境中的机械能。TENG器件已经被广泛研究并被用于为无线探测器、可穿戴电子电路以及充电储能器件提供电能。然而，传统TENG器件大多输出交流电流，且电流较小，需要额外整流设备才能转换成直流信号。这使得具有高电流输出特性的直流摩擦纳米发电机(DC-TENG)得到了科学界的广泛关注。现阶段，DC-TENG器件多基于半导体材料，为了进一步提高该种器件的输出特性，对半导体材料界面进行修饰是一种有效的手段。此外，通过合适的修饰层选择及器件结构设计，有望实现机械能和太阳能的同时收集。

图1 (a) 基于Al/n-Si结构的新型TENG器件结构示意图；(b)器件在静态接触和动态摩擦状态下的I-V输出曲线；(c)器件平衡态下背面能带结构示意图；(d)n-Si/Ag、n-Si/PEDOT:PSS和n-Si/MoO_3-x平面异质结的表面电势分布； (e)、(f)、(g)分别为纯硅片、覆盖导电高分子PEDOT:PSS薄膜的硅片和覆盖MoO_3-x硅片的少子寿命

  本文开发了一种基于Al/n-Si动态接触的新型TENG器件，该器件增加了聚（3,4-乙烯二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）作为界面修饰层。透明导电聚合物PEDOT:PSS不仅有利于光线有效地进入器件，产生更多载流子，同时起到了钝化硅片的目的，增加了载流子的提取。通过设计额外的金属栅线结构，该种TENG器件可以同时收集机械能和太阳能。在白光照射（辐照强度约为20 mW cm^-2）下，器件电压输出超过1000 mV，电流输出超过6.0×10³ A m^-2，性能得到了极大的改善。这项研究不仅制备出了可同时收集机械能和太阳能的高性能器件，也为有效分离光生载流子提出了新路径。

图2 (a)可同时收集机械能和太阳能的TENG器件工作状态示意图；(b)器件工作时的能级结构及载流子运动路径；(c)在暗态和光照下器件的输出电压；(d)在暗态和光照下器件的输出电流；(e)器件在不同外部负载下的输出电压和电流；(f)器件在不同外部负载下的输出功率

  以上相关成果发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.202100578)上。论文的通讯作者为孙宝全教授，王玉生博士为该论文的第一作者兼共同通讯作者。

  论文信息：

  Simultaneously Harvesting Friction and Solar Energy via Organic/Silicon Heterojunction with High Direct‐Current Generation

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202100578