近日，東南大學(xué)王春雷研究員、徐淑宏副研究員在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》（自然通訊）發(fā)表了題為“Integrated Device of Luminescent Solar Concentrators and Electrochromic Supercapacitors for Self-powered Smart Window and Display（用于自供電智能窗和顯示的發(fā)光太陽能聚光器和電致變色超級(jí)電容器集成器件）”的研究論文。該論文提出了一種具備光伏轉(zhuǎn)換、能量存儲(chǔ)和電致變色三種功能的新型集成器件，并將其用于自供電智能窗和信息顯示。

建筑物能耗在全球總能耗中占比達(dá)30%-40%，提高建筑物能源自給能力已成為國(guó)際社會(huì)的普遍共識(shí)。除了在屋頂鋪設(shè)不透明的太陽能電池板外，利用建筑物側(cè)立面的玻璃幕墻進(jìn)行光伏轉(zhuǎn)換已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。作為一種半透明光伏器件，發(fā)光太陽能聚光器（Luminescent Solar Concentrators，LSCs）不僅能收集直射太陽光，還能在陰天等散射光環(huán)境以及陰影環(huán)境中有效利用漫反射太陽光進(jìn)行光伏轉(zhuǎn)換，從而為陰影效應(yīng)嚴(yán)重的城市建筑中側(cè)立面光伏玻璃幕墻應(yīng)用提供了新方案。然而，為了存儲(chǔ)LSCs產(chǎn)生的光伏電能需要連接儲(chǔ)能模塊和電壓調(diào)節(jié)模塊，這些附加模塊不僅降低了LSCs的有效工作面積，還增加了安裝空間，不利于在光伏玻璃幕墻場(chǎng)景中的應(yīng)用。

針對(duì)這一問題，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于LSCs和電致變色超級(jí)電容器（Electrochromic Supercapacitors, ECSs）的“面對(duì)面”集成器件。通過選擇電壓窗口匹配的電極組合，LSCs產(chǎn)生的光伏電能可以直接存儲(chǔ)在ECSs中，無需額外配備儲(chǔ)能模塊和電壓調(diào)節(jié)模塊，從而顯著提高了器件的有效工作面積并降低了成本。ECSs不僅具備儲(chǔ)能功能，還表現(xiàn)出可逆的電致變色特性，其可見光與近紅外光透過率能夠根據(jù)存儲(chǔ)的電量動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。通過控制ECSs的充放電過程，這種集成器件還可用作自供電的電致變色智能窗或信息指令顯示器。這種集光伏轉(zhuǎn)換、能量存儲(chǔ)和電致變色三種功能于一體的創(chuàng)新器件，為建筑智能窗戶提供了一種高效且多功能的替代方案。

東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院博士生黃士超為論文的第一作者，電子科學(xué)與工程學(xué)院王春雷研究員和徐淑宏副研究員為論文的共同通訊作者，東南大學(xué)為唯一通訊單位。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。