Triboelectric nanogenerator for harvesting raindrop energy and hybridi-zation with solar cell

Abstract

접촉 대전을 이용한 접촉 대전 발전기와 물의 대전 현상에 기반해 기존의 복잡한 구조를 가지는 빗물 에너지 수확장치와 달리 간단한 금속, 초소수성 폴리머 층 구조로 떨어지는 빗물로부터 에너지를 수확하는 접촉 대전 발전기를 구현하였다. 기본적인 출력은 처리되지 않은 수돗물로 검증되었으며 물 방울당 7V, 128 nA의 출력 전압과 전류를 보였다. 실제적인 빗물에너지 수확을 위해 빗물을 포함한 다양한 액체로 출력전압을 측정한 결과 빗물은 높은 수준의 출력 전류를 생성할 수 있음을 확인하였다. 물과 고체 표면의 대전은 이온 농도에 따라 감소하게 되는데 빗물의 이온 분석결과 실제 적용 가능한 범위 내에 있음을 확인하였다. 위 실험에서 사용한 순차적 물의 낙하는 실제 환경에서는 드물기 때문에 제작된 접촉 대전발전기를 흐르는 물 아래 위치시켜 지속적으로 젖어있는 환경에서도 성공적으로 전력을 생산할 수 있음을 검증하였다. 마지막으로 제안된 소자의 응용으로서 기존의 태양광 발전기와의 하이브리드 소자를 제안하였다. 기존의 태양광발전기는 현재 가장 넓은 범위에서 사용되고 있는 소자이나 비가 오는 날 효율이 급격히 감소하고 지속적인 공기 중 먼지에 의한 오염에 의해 효율이 감소하는 문제를 가진다. 이를 위해 투명하게 제작된 소자를 태양광 발전기 상부에 위치시킴으로써 하이브리드 소자를 구현하였고 이로 인해 하이브리드 소자는 향상된 자정효과를 가질 수 있음을 실험적으로 증명하였다. 또한 빗물에너지와 태양광에너지가 불필요한 간섭현상 없이 독립적, 동시적으로 수확될 수 있음을 확인하였다.