研究背景
随着可再生能源需求日益增长，能源收集技术成为研究热点，其中将太阳能等环境能量转化为电能的技术尤其受到关注。传统光伏技术虽成熟，但仍存在效率与成本限制。光压作为一种潜在的太阳能转换机制，在微观操控和航天推进等领域已有应用，但其自然强度极低（约4.6μPa），难以直接用于发电。为此，本研究团队先前开发了一种基于表面等离子体增强的光压发电机（Basic-LPEG），通过Ag/PZT/Pt/GaAs层状结构将光压转化为电能，但输出功率仍待提升。为突破这一局限，本研究引入氧化石墨烯（GO）作为纳米间隔层，构建Ag纳米颗粒/GO复合单元（AgNPs/GO），以增强局部电场与光压，进一步提升能量转换效率。
成果介绍
韩国海洋大学Sam Nyung Yi等人在Basic-LPEG结构基础上，通过喷涂GO溶液并沉积Ag薄膜后快速热退火，制备出具有垂直纳米间隙的NP-LPEG器件。实验表明，在AM 1.5G太阳模拟器照射下，与Basic-LPEG相比，NP-LPEG的输出电压从241mV提升至310mV，电流从3.1μA增至9.3μA，最大功率密度达到1.35mW·cm-2，提升幅度显著。通过调节AgNPs尺寸发现，60nm颗粒在532nm波长附近具有最优的等离子体共振效应，能产生最强的电场增强。拉曼光谱、有限时域差分模拟和COMSOL多物理场仿真结果一致证实，AgNPs/GO单元在垂直方向形成“热点”，大幅增强了局域电场与光压，从而提升压电输出。进一步研究发现，双层AgNPs/GO结构性能最佳，而三层结构因光吸收与散射增加导致性能下降。该成果以“Improving Efficiency of Light Pressure Electric Generator Using Graphene Oxide Nanospacer Between Ag Nanoparticles”为题发表在Carbon Energy期刊上。
图1 （A）NP-LPEG 器件结构示意图；（B）在 Basic-LPEG 器件上制备 AgNPs/GO 单元的示意图；（C）在太阳光下以 GO 作为粗糙 Ag 层与 AgNPs 之间纳米间隔层的工作原理示意图。
研究小结
本研究通过引入GO纳米间隔层与AgNPs复合结构，增强了光压发电机的输出性能。系统实验与仿真表明，60nm AgNPs与双层AgNPs/GO单元能在PZT层附近形成高效电场增强区，显著提升光压转换效率。为基于光压的高效能量收集器件提供了新的结构优化策略，有望推动其在微能源系统与自供电传感等领域的应用。
相关论文信息
论文原文在线发表于Carbon Energy。
论文标题：
Improving Efficiency of Light Pressure Electric Generator Using Graphene Oxide Nanospacer Between Ag Nanoparticles
文章研究方向：
能源转化与储存— —热电
论文网址：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.70094
DOI: 10.1002/cey2.70094
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