近日，中国科大俞书宏院士团队和裴刚教授团队联合研制了一种新型柔性Janus螺旋结构的纳米线组装体光热电器件，该器件同时以高温太阳为热源和低温深空为冷源，实现清洁、高效的能量捕获。相关研究成果以 “Janus Helical Ribbon Structure of Ordered Nanowire Films for Flexible Solar Thermoelectric Devices”为题，发表于Advanced Materials。论文的第一作者为化学与材料科学学院陈诚博士和工程科学学院赵斌副研究员，通讯作者为刘建伟特任教授和俞书宏院士。
图1. Janus螺旋太阳能热电器件的结构与原理示意图
在该项工作中，研究人员基于螺旋结构发展了一种辐射冷却和选择性光热吸收协同利用的策略。当器件处于阳光照射下时，顶层辐射冷却薄膜一方面通过强太阳反射率减小光热吸收，另一方面强化与低温深空的辐射换热，综合形成冷端的散热效果。与此同时，器件底端的选择性光热涂层则在最大化吸收太阳光的同时，减少热量的辐射损失（图1）。器件制备过程中，研究人员在辐射冷却材料的背面组装一层有序的碲纳米线薄膜，随后利用原位阳离子交换反应形成一端是p型碲化亚铜纳米线和一端是n型碲化银纳米线的异质结阵列，随后将阵列螺旋化得到Janus螺旋光热电器件。
图2.柔性光热电器件的户外测试结果
户外测试结果表明，在中午约0.6个太阳光的光照下，这种Janus螺旋光热电器件两端可以产生将近30K的温差。不同于绝大多数光热电器件，这种器件的光热端因设置在底部，使其具有和废热（工业废热等）协同发电的潜力。此外，器件两端辐射率的明显差异使其在夜间仍然具有一定的温差并实现发电功能。因此，这种新型器件可以在不耗费额外能量的同时，以一种柔性结构最大限度地从高温太阳和低温深空捕获和耗散热量，为实现普适性和高性能热电器件设计提供了一种新的途径。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202206364