Challenge to improve the efficiency of a droplet-based electricity generator by controlling the surface and interface and its application to solar cells that generate electricity even in the rain

通过控制表面和界面来提高基于液滴的发电机效率的挑战及其在即使在雨中也能发电的太阳能电池中的应用

• 批准号: 22K18807
• 负责人: 宇佐美 徳隆
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18807/
• 关键词: 雨滴発電; 太陽電池; 表面界面制御; ナノ構造

本研究では、水滴が樹脂表面に接触し摩擦帯電する現象と、帯電した水滴が金属電極に接触した際の放電を利用した発電機を研究対象として、表面・界面の制御など高効率化のための要素技術開発を進めている。対象とする発電機は、透明導電性酸化膜を堆積させたガラス基板上へ、摩擦帯電膜と表面電極を製膜したものを基本構造とする。透明導電膜と表面電極には、いずれも高周波マグネトロンスパッタリング法により作製するスズドープ酸化インジウム薄膜を用いた。摩擦帯電膜としては、フッ素化エチレンプロピレン（FEP）フィルムを用いた。FEPフィルムは、水滴と接触することで摩擦電力を発生し、負電荷を蓄える材料として機能する。本年度は、水滴による発電性能の評価システムとして、定量の水を滴下した際に、表面の動画撮影と、電流および電圧測定が可能なシステムを構築した。発電性能向上に向けては、摩擦帯電膜の誘電率、表面電荷密度、摩擦帯電膜の膜厚、水滴の濡れ性（接触面積や表面滞留に関係）等を適切に制御することが要請される。そこで、下部電極とFEPフィルムの間へのエレクトレット材料の挿入、エレクトレット材料への電荷注入、ガラス基板表面のパターニングなどを着想し、その効果を検討した。エレクトレット材料としては、市販されている非晶質フッ素樹脂を用いた。その結果、エレクトレット材料による帯電電荷の増加と摩擦帯電膜の表面積増加により、標準試料と比較して高い発電性能が得られることを実証した。

This study focuses on the phenomenon of frictional electricity when water droplets are in contact with a resin surface, and discharge when water droplets are in contact with a metal electrode.のた発めをUtilize the した発をResearch on the object, surface and interface control and などhigh efficiency element technology development 発をめている. The basic structure of the machine is to build a transparent conductive acid film on a substrate, and a friction electrolytic film and a surface electrode are formed on the substrate. Transparent conductive films and surface electrodes Rinko method is used to manufacture acidic acid film. Triboelectric film, FEP, FEP, FEP. FEP is made of water, water droplets are in contact with each other, frictional electric force is produced, negative charge is stored in materials, and functional functions are used. This year's evaluation of the electrical properties of water droplets and quantitative water droplets The actual situation, the surface animation, the electric current and the electric pressure measurement are possible and the construction is possible. The electrical properties include the dielectric constant of the triboelectric film, the surface charge density of the triboelectric film, the film thickness of the triboelectric film, the water droplet resistance (relationship between contact area and surface retention), etc. It is necessary to ask for appropriate control and control.そこで, lower electrode とFEP フィルムの间へのエレクトレット material のinsert, エレクトレットThe charge injection of the material, the substrate surface and the consideration of the substrate surface, and the effect of the material. Erection material is made of としては, and commercially available されているamorphous フッe plain resin is used.そのResults, エレクトレットmaterials and による帯electric charge のincrease and friction 帯electric film のsurface area By adding additional materials and standard samples and comparing them, the electrical properties are higher and the electrical properties can be verified.

项目成果

Boosting the output of droplet-based energy harvester by a CYTOP intermediate layer

通过 CYTOP 中间层提高基于液滴的能量收集器的输出

• 发表时间: 2022
• 作者: Haitao Wang;Yasuyoshi Kurokawa;Kazuhiro Gotoh;Satoru Miyamoto;Shinya Kato;Shigeru Yamada;Takashi Itoh;Noritaka Usami
• 通讯作者: Noritaka Usami

Performance enhancement of droplet-based electricity generator using a CYTOP intermediate layer

使用 CYTOP 中间层增强基于液滴的发电机的性能

• DOI: 10.35848/1347-4065/acaca7
• 发表时间: 2022
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Haitao Wang;Yasuyoshi Kurokawa;Kazuhiro Gotoh;Shinya Kato;Shigeru Yamada;Takashi Itoh and Noritaka Usami
• 通讯作者: Takashi Itoh and Noritaka Usami