Tribovoltaic Effect on Metal–Semiconductor Interface for Direct‐Current Low‐Impedance Triboelectric Nanogenerators

摩擦电效应 纳米发生器 材料科学 接触带电 纳米技术 拓本 电阻抗 光电子学 直流电 能量收集 半导体 电气工程 电压 能量(信号处理) 复合材料 压电 工程类 统计 数学
作者
Zhi Zhang,Dongdong Jiang,Junqing Zhao,Guoxu Liu,Tianzhao Bu,Chi Zhang,Zhong Lin Wang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (9) 被引量:249
标识
DOI:10.1002/aenm.201903713
摘要

Abstract The triboelectric nanogenerator (TENG) is a new energy technology that is enabled by coupled contact electrification and electrostatic induction. The conventional TENGs are usually based on organic polymer insulator materials, which have the limitations and disadvantages of high impedance and alternating output current. Here, a tribovoltaic effect based metal–semiconductor direct‐current triboelectric nanogenerator (MSDC‐TENG) is reported. The tribovoltaic effect is facilitated by direct voltage and current by rubbing a metal/semiconductor on another semiconductor. The frictional energy released by the forming atomic bonds excites nonequilibrium carriers, which are directionally separated to form a current under the built‐in electric field. The continuous average open‐circuit voltage (10–20 mV), short‐circuit direct‐current output (10–20 µA), and low impedance characteristic (0.55–5 kΩ) of the MSDC‐TENG can be observed during relative sliding of the metal and silicon. The working parameters are systematically studied for electric output and impedance characteristics. The results reveal that faster velocity, larger pressure, and smaller area can improve the maximum power density. The internal resistance is mainly determined by the velocity and the electrical resistance of semiconductor. This work not only expands the material candidates of TENGs from organic polymers to semiconductors, but also demonstrates a tribovoltaic effect based electric energy conversion mechanism.
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