基于 Ag2Se 的一体化柔性光热-热电发电器

将阳光变为可穿戴的电能

想象一下你的帽子或背包可以悄无声息地将阳光转化为电能，为健康传感器或小型设备供电，无需电池。本研究介绍了一种新型薄而可弯曲的器件，正能做到这一点。研究人员通过巧妙堆叠超薄材料层，制成环形条带，既将阳光以热形式吸收，又能将热直接转化为电能，全部集成在一片紧凑的薄膜中。

为什么柔性太阳能薄膜很重要

传统太阳能技术通常追求最高效率，通常依赖刚性面板或复杂的组件组合。但贴身低功耗电子设备（例如健身追踪器或环境传感器）更看重稳定可靠的输出和佩戴舒适性，而非创纪录的性能。太阳-热电发电器先将阳光转为热量再转为电能，它们在普通太阳能电池难以工作的情况下也能运行，例如光照变化大或温度较低的场景。若能将这些发电器做得薄、柔、且足够简单以便集成到衣物或配件中，就能为自供能的可穿戴电子打开新天地。

结合光捕获与发电功能

现有大多数太阳-热电器件由分离部件构成：一组材料吸收阳光并升温，另一组材料利用温差产生电能。这种多部件方案增加了体积并在界面处浪费热量。团队则设计了一种基于硒化银（Ag2Se）薄膜的“一体化”结构，该薄膜既吸收光又充当活性热电材料。他们优化了薄膜使载流子在其中易于运动，即使在室温和弯曲状态下也能保持较好的电学性能。然而，裸膜在阳光下自身难以达到很高温度，因此研究人员需要更聪明的方式来捕获和管理热量。

由看不见的薄层构成的热捕获结构

为增强升温，研究人员在 Ag2Se 薄膜的上下构建了精心设计的堆栈。底部是由银和钨构成的金属镜，可将红外光反射回吸收层并阻止热量向外辐射。顶部则加入了两层超薄透明的氧化铝和二氧化硅，起到隐形防眩涂层的作用，减少反射并让更多阳光进入深色的 Ag2Se 层。电子显微镜图像显示出层间界面清晰利落，有助于保持电学和热学行为的可预测性。光学测量证实，该堆栈薄膜吸收了更大比例的太阳光谱，同时将废热红外反射回材料一侧而不向环境散失。

从高温薄膜到可用的可穿戴发电器

在模拟阳光下测试时，多层薄膜在标准太阳强度下升温至约 85 摄氏度——远高于未处理的 Ag2Se 薄膜，并可与先进商业太阳能吸收涂层相媲美。薄膜升温迅速且随光强线性增加，这对稳定电力输出和光感测都很有利。该薄膜在经历数千次弯曲循环后仍保持性能，表明它能承受真实可穿戴设备中的弯折。随后团队制造了一个环形发电器，在中央加热区域周围交替排列“n 型”Ag2Se 与“p 型”碲化锑（Sb2Te3）热电腿。在一倍太阳强度下，该柔性环在其热电腿间产生约 20 摄氏度的温差，其功率密度超过了大多数已报道的柔性太阳-热电器件。

帽子和背包上的真实阳光测试

为观察器件在实验室外的表现，研究人员在整天的自然光下暴露了薄膜和环形发电器。结构化薄膜始终比未改造薄膜更热，中午时分温度超过 90 摄氏度。环形发电器产生了约一微瓦的功率以及毫伏量级的电压，且电压随白天的阳光强度变化而变化。当将其缝到遮阳帽或背包上时，它在日常户外条件下仍能产生可用电压，尽管风会给器件降温并略微降低输出。作者指出，简单的封装和隔热改进可以帮助减轻这类天气相关影响。

对日常技术的意义

简而言之，这项工作给出了将极薄、可弯曲薄膜转变为一体化阳光-电能发电器的实用方案，适用于可穿戴设备。通过将吸光热电薄膜与反射层和防反射层叠加，器件将更多太阳能以热形式捕获，并高效地将热能转为电能，同时保持柔性和耐用性。尽管绝对功率有限，但与微小传感器和低功耗电子设备的需求非常匹配。该策略也可推广到其他类似材料，为在日常使用中悄然从太阳中收集能量的衣物和配件开辟了广阔途径。

引用: Hou, S., Wang, J., Zhang, G. et al. An all-in-one Ag₂Se-based flexible solar-thermoelectric generator with photothermal integration. Nat Commun 17, 2268 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69120-w

关键词: 柔性热电, 太阳能收集, 可穿戴电子, 光热转换, 薄膜发电器