[發(fā)明專利]一種鈣鈦礦太陽能電池與超級電容器集成件及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610237810.8
• 申請日: 2016-04-18
• 公開（公告）號: CN105762168B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發(fā)明（設計）人: 廖廣蘭;劉智勇;史鐵林;譚先華;孫博;吳悠妮;潛世界
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L27/30
• 分類號: H01L27/30;H01L21/77;H01L51/42;H01G11/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬

本發(fā)明公開了一種鈣鈦礦太陽能電池與超級電容器集成件及制備方法，其包括超級電容器和兩塊鈣鈦礦太陽能電池組，超級電容器包括表面印刷有碳電極的導電基底，導電基底夾在兩塊太陽能電池組中間，并由固態(tài)電解質層隔離；鈣鈦礦太陽能電池組包括多個串聯的太陽能電池單元，太陽能電池單元包括導電基底、光陽極、鈣鈦礦層和碳電極，其中，位于左端的太陽能電池單元的碳電極既作為鈣鈦礦太陽能電池組的正極，又作為超級電容器的正極，位于右端的太陽能電池單元的導電基底與超級電容器的導電基底相連，使光照產生的電子傳輸于超級電容器的負極。本發(fā)明簡化了制備工藝，降低了制備成本，實現了基于鈣鈦礦微能源器件高效光電能量轉換與存儲功能的統(tǒng)一。

技術領域

本發(fā)明屬于能量轉化與儲存器件技術領域，更具體地，涉及一種鈣鈦礦太陽能電池與超級電容器集成件及其制備方法。

背景技術

近年來，太陽能電池逐漸得到了認可，然而實際應用中白天黑夜的循環(huán)、氣候日照的變化都會導致太陽能電池的能量輸出產生劇烈波動。因此，實現太陽能的光電轉換與電能及時儲存具有非常重要的意義，而光電能量轉換與能量儲存器件的有效集成將是太陽能電池提供穩(wěn)定能量輸出、推廣太陽能電池應用的重要途徑，尤其在能量要求不高、戶外需要移動充電的柔性電子產品上具有非常好的應用前景。

微超級電容器是具有能量密度高、可快速充放電、循環(huán)壽命長、可靠性高、環(huán)保等優(yōu)點的新型儲能器件，受到了廣泛重視。與鋰電池相比，微超級電容器在很小體積下就能達到法拉級電容量；無須特別充電電路和控制放電電路；過充、過放都不會對其壽命構成負面影響。因此，有效的將鈣鈦礦太陽能電池與微超級電容器集成一體，將極大促進基于鈣鈦礦太陽能電池的微能源器件研究，推動相關技術在柔性電子產品上的應用。2010年南洋理工大學MadhaviSrinivasan研究組利用單壁碳納米管網集成了有機太陽能電池與超級電容器，得到了一種可印刷的全固態(tài)光-超級電容器。2012年佐治亞理工學院Zhonglin Wang研究組報道了一種通過混合能量轉化與儲存工藝制造的集成電源組，該電源組利用鈦箔兩面的TiO₂納米管陣列將染料敏化太陽能電池DSSC與鋰電池串聯在一起，太陽能電池部分由四個利用TiO₂納米棒或納米管制備的DSSC太陽能電池串聯而成，可以提供3.39V的開路電壓、1.01mA/cm²的短路電流。

目前，對于太陽能電池與超級電容器的集成雖然有了一些研究，然而涉及鈣鈦礦太陽能電池與超級電容的集成研究甚少，集成方式較為簡單，其中的鈣鈦礦太陽能電池制備仍涉及高溫工藝，無法應用于柔性電子產品。因此，如何實現鈣鈦礦太陽能電池能量的穩(wěn)定輸出、以及鈣鈦礦太陽能電池與微超級電容的有效集成，開發(fā)基于鈣鈦礦的高效微能源器件，使之能廣泛應用于柔性電子產品，有待進一步研究。

發(fā)明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種鈣鈦礦太陽能電池與超級電容器集成件及其制備方法，其采用三明治類型的集成方式，上下兩層為串聯而成的鈣鈦礦太陽能電池組，沉積了碳電極的導電基底并修飾以增強電容量的活性材料作為超級電容的一極夾在兩塊太陽能電池組中間，太陽能電池組的碳電極具有雙重功效，既在鈣鈦礦太陽能電池中作為對電極收集并傳輸光生空穴，又在超級電容器作為一極對電荷進行存儲，簡化了制備工藝，降低了器件的制備成本，實現了基于鈣鈦礦微能源器件高效光電能量轉換與存儲功能的統(tǒng)一。

為實現上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提出了一種鈣鈦礦太陽能電池與超級電容器集成件，該集成件包括超級電容器和兩塊鈣鈦礦太陽能電池組，其中：

所述超級電容器包括第一導電基底和固態(tài)電解質層，所述第一導電基底作為超級電容器的負極夾在兩塊太陽能電池組的中間，其上下表面印刷有碳電極，所述固態(tài)電解質層設于第一導電基底與太陽能電池組之間，以將第一導電基底與太陽能電池組進行隔離；