光谱定制Janus界面水凝胶实现太阳能电池的混合被动冷却

研究人员开发了一种新型被动冷却膜，用于解决传统太阳能电池的散热难题。通过设计具有Janus界面的LiCl嵌入水凝胶，该材料结合了高透光率(≈90%)和高发射率(≈98%)特性，实现了21%以上的效率提升，并在柔性太阳能电池中展现出优异的耐久性(10 000次弯曲后保持≈95%效率)。这项研究为电子设备的热管理提供了创新解决方案。

　　

这项突破性研究展示了一种具有光谱定制特性的Janus界面水凝胶材料，为太阳能电池提供了革命性的混合被动冷却方案。研究人员巧妙地将氯化锂(LiCl)嵌入高度交联的双层水凝胶结构中，通过两性离子共聚物的盐效应(salt-in effect)和大体积溶胀特性，实现了高达20 wt.%的LiCl稳定负载。这种智能材料展现出独特的双向功能：面向太阳的一侧具有≈90%的高透光率(high transmittance)，而另一侧则具备≈98%的高发射率(high emissivity)，完美兼顾了阳光吸收和天空辐射冷却(sky radiative cooling)的双重需求。

在真实太阳光条件下，该冷却膜使太阳能电池效率提升超过21%，同时夜间还能持续再生冷却能力。更令人振奋的是，在柔性太阳能电池应用中，经过10⁴次弯曲循环后仍能保持≈95%的原始效率。这项研究开创性地将蒸发冷却(evaporative cooling)和辐射冷却(radiative cooling)机制整合到单一材料系统中，为下一代电子设备的热管理(thermal management)提供了全新的设计范式。水凝胶材料的分级有序结构(hierarchically aligned structure)设计也为开发用户自定义(self-contained and user-defined)的热调节系统指明了方向。