近日，東南大學王春雷研究員、徐淑宏副研究員在國際著名學術期刊《Nature Communications》（自然通訊）發表了題為“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光太陽能聚光器和電致變色超級電容器集成器件）”的研究論文。該論文提出了一種具備光伏轉換、能量存儲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30%-40%，提高建筑物能源自給能力已成為國際社會的普遍共識。除了在屋頂鋪設不透明的太陽能電池板外，利用建筑物側立面的玻璃幕墻進行光伏轉換已成為當前的研究熱點。作為一種半透明光伏器件，發光太陽能聚光器（Luminescent Solar Concentrators，LSCs）不僅能收集直射太陽光，還能在陰天等散射光環境以及陰影環境中有效利用漫反射太陽光進行光伏轉換，從而為陰影效應嚴重的城市建筑中側立面光伏玻璃幕墻應用提供了新方案。然而，為了存儲LSCs產生的光伏電能需要連接儲能模塊和電壓調節模塊，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景中的應用。

針對這一問題，該團隊開發了一種基于LSCs和電致變色超級電容器（Electrochromic Supercapacitors, ECSs）的“面對面”集成器件。通過選擇電壓窗口匹配的電極組合，LSCs產生的光伏電能可以直接存儲在ECSs中，無需額外配備儲能模塊和電壓調節模塊，從而顯著提高了器件的有效工作面積并降低了成本。ECSs不僅具備儲能功能，還表現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存儲的電量動態調節。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。這種集光伏轉換、能量存儲和電致變色三種功能于一體的創新器件，為建筑智能窗戶提供了一種高效且多功能的替代方案。

東南大學電子科學與工程學院博士生黃士超為論文的第一作者，電子科學與工程學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，東南大學為唯一通訊單位。該研究得到了國家自然科學基金的資助。