為了提升電能轉(zhuǎn)化效率，研究團隊花費了兩年時間開發(fā) DEG。其瞬時功率密度可以達到 50.1 W/m2，比沒有使用類似 FET 設計的其他類似裝置高數(shù)千倍，并且能量轉(zhuǎn)化效率顯著提升。
香港城市大學的王教授指出，這項發(fā)明有兩個關鍵因素。第一，團隊發(fā)現(xiàn)，水滴持續(xù)撞擊一種帶有準永久電荷的駐極體材料聚四氟乙烯（PTFE），為高密度表面電荷的累積和存儲提供了一種新方法。他們發(fā)現(xiàn)，當水滴持續(xù)撞擊 PTFE 表面時，生成的表面電荷累積并逐漸達到飽和。這項新發(fā)現(xiàn)有助于克服之前研究中遇到的低電荷密度的瓶頸。
這項研究的另一個關鍵特征就是一套類似 FET 的獨特結(jié)構(gòu)。FET 是一項于1956年獲得諾貝爾物理學獎的創(chuàng)新，如今已經(jīng)變成了構(gòu)成現(xiàn)代電子器件的基本單元。該裝置由一個鋁電極和一個 PTFE 薄膜沉積在其上的氧化銦錫（ITO）電極組成。PTFE/ITO 電極負責電荷的生成、存儲和感應。當一滴水落到 PTFE/ITO 電極表面上并擴散開來時，“接通”了鋁電極和 PTFE/ITO 電極，將原始的系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成一個閉環(huán)電路。
下圖a為水滴發(fā)電機的原理示意圖：氧化銦錫（ITO）玻璃片上加上了一層聚四氟乙烯（PTFE），并在上面放置鋁電極。當水滴撞擊玻璃片表面時，充當晶體管的柵極，就“接通”了電路。下圖b為四個并排的水滴發(fā)電機裝置。
通過這種特殊的設計，持續(xù)的水滴撞擊使 PTFE 上積存了密度很高的表面電荷。與此同時，當水滴擴散開來“接通”兩個電極時，所有積存在 PTFE 上的電荷全部都被釋放，產(chǎn)生了電流。因此，瞬時功率密度和能量轉(zhuǎn)化效率都會大幅提升。
王教授表示：“我們的研究表明，100微升（1微升等于百萬分之一升）的水滴從15厘米的高度落下，可以產(chǎn)生超過140V的電壓。生成的電力足以點亮100盞小LED燈?！?/span>
他補充道，瞬時功率密度的提升并不是由額外的能量引起的，而是由水本身的動能轉(zhuǎn)化引起的?！跋侣涞乃嗡鶢可娴膭幽苁怯芍亓σ鸬模梢员徽J為是免費以及可再生的。它應該得到更好利用?！?/span>
他們的研究也表明，相對濕度的降低不會影響發(fā)電效率。此外，雨水和海水都可以用于發(fā)電。
