Boosting solar-to-pyroelectric energy harvesting via a plasmon-enhanced solar-thermal conversion approach

材料科学 光电子学 热电性 能量收集 光伏系统 能量转换效率 太阳能 能量转换 电气工程 功率(物理) 物理 电介质 铁电性 工程类 量子力学 热力学
作者
Haitao Li,Huan Wang,Xiangming Li,Jiangchao Huang,Xuan Li,Siew Kheng Boong,Hiang Kwee Lee,Jie Han,Rong Guo
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:100: 107527-107527 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107527
摘要

Pyroelectric technology promises the potential transformation of waste heat into useful electrical energy to address the global energy and environmental crises. However, current designs suffer from low power output and the need for additional mechanical devices to drive pyroelectric conversion. Here, we introduce an efficient sunlight-triggered pyroelectric nanogenerator (S-PENG) by combining an [email protected] modified graphene oxide ([email protected])-based solar-thermal layer with a PVDF pyroelectric layer. Our strategy integrates rGO’s photothermal properties and Au nanoparticles’ plasmonic effects to boost sunlight absorption for enhanced pyroelectric conversion. When S-PENG is irradiated with sunlight, solar-thermal temperature rapidly reaches ~68 °C in 30 s which is 23 °C higher than neat PVDF. The superior solar-thermal conversion consequently enables [email protected]/PVDF to achieve a high power output of 940 μW/m2 that is up to 35-fold better than other pyroelectric devices. By further incorporating S-PENG onto rotating windmill blades, we showcase a blade-type pyroelectric generator for direct solar energy harvesting without needing external light intensity adjustment device. This unique design functions efficiently at various outdoor environments (e.g. temperature, wind, and rain), notably achieving a high power output of 2700 μW/m2 that can be stored in a capacitor (Voc, ~ 5.2 V, 300 s charging). Our work offers valuable insights for the design of next-generation S-PENG and their facile integration with other energy technologies (e.g. windmill) for concurrent electricity harvesting from different green energy sources.
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