环境中蕴含丰富的相对能量较小、运动幅度不大、不规则的机械能,传统的电磁发电机无法有效收集这类微小能量,寻找一种可以转化这类机械能的方法显得很迫切。最近,摩擦纳米发电机(TENG)在收集环境中低频机械能方面展现出巨大的潜力,这主要取决于其独特的工作机制。自然界中以微小、离散形式存在的雨滴能量分布非常广泛,由于摩擦纳米发电机新颖的工作原理,水本身可以作为一种摩擦材料,当与聚合物介电材料表面接触摩擦时,可以使表面感应带电。随着水滴或波浪的运动,在电极中感应出电流。基于这些特点,本文从结构优化、形貌优化和实际应用三个方面对固-液摩擦纳米发电机高效的收集水滴能量进行研究。具体工作和结果如下:首先设计了三种不同电极结构的固-液摩擦纳米发电机(SE-WTEG、BE-WTEG和EE-WTEG)。通过调整倾斜角和落差高度以提高功率输出和能量转换效率,探索了 WTEG系统的最佳输出条件。结果显示EE-WTEG的输出性能明显优于BE-WTEG和SE-WTEG,峰值Voc为27.82V,Isc为5.63μA,最大负载功率达132.25μW。此外,观察到连续水滴的累积充电行为,进一步扩大了对充电机理的理解,以最大限度地提高发生器的电荷存储容量。在模拟降雨实验中,EE-WTEG的最大功率密度可达1.838 W/m2,可点亮30个LED,这证明BE-WTEG在雨水收集中的应用前景广阔。其次,采用刮涂法在硅模板上制备了多种微米阵列结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜,利用这些PDMS膜制作了 EE-WTEG,并进行了性能测试和分析。结果表明,PDMS膜形貌结构、尺寸大小以及膜厚度的不同表现出不同的输出性能,其中,方柱结构的输出性能最优,而且随膜厚度的增加,输出性能逐渐降低。最后,通过将聚二甲基硅氧烷(PDMS)层植入具有A1/Si/Ag1/PDMS/Ag2结构的晶硅太阳能电池表面,展示了一种具有日光和雨滴能量的新型混合太阳能电池。通过系统地优化PDMS薄膜的性能,降低了菲涅耳光反射损失,从而将功率转换效率从最初的17%显着提高到21.2%。由于TENG在背金属电极上的电荷分布受到调节,因此在两者之间达到了8μA的峰值短路电流(Isc-T)和40.1 V的峰值开路电压(Voc-T)。在一个雨滴的刺激下,底部的Al电极和顶部的Ag2电极同时点亮了 26个商用绿色发光二极管(LED),这表明传统单电极模式或Ag/PDMS/Ag模式具有更大的潜力。考虑到提高输出功率和延长工作时间的显着优势,这种新型混合太阳能电池可能会提供一条从环境中收集多种能量并促进多气候太阳能电池发展的新途径。