[發明專利]一種低成本兩端口太陽能可充電器件及制備方法

有效

• 申請號: 202011039834.5
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112382509B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 羅文俊;王品;章俊哲;鄒志剛
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

一種低成本兩端口太陽能可充電器件，包括法拉第結光電極和對電極為兩個端口，兩端口中間有電解質，構成兩端口太陽能可充電器件；所述的法拉第結光電極包括直接接觸的半導體和法拉體兩種材料，所述的法拉體是一種電子離子耦合的導體；光充電時，所述的法拉第結光電極端口與對電極端口短路連接；暗態放電時，所述的法拉第結光電極端口與對電極端口中間連接負載。所述的法拉第結光電極能發生快速可逆的氧化還原反應；在光照下，法拉第結中的半導體產生電子空穴對，法拉體能捕獲光生載流子和溶液中的離子，實現對太陽能的轉化和存儲。

技術領域

本發明設計太陽能可充電器件領域，尤其涉及一種新型低成本兩端口太陽能可充電器件及制備方法。

背景技術

太陽能因其綠色，可再生性和豐富性在實現可持續發展的社會中發揮著重要作用。盡管硅基太陽能電池已經被廣泛用于將太陽能轉換為電能，但是由于太陽能的間歇性，太陽能電池不能提供連續的電力供應，限制了其進一步發展。太陽能可充電器件可以有效地解決這一問題，引起人們的高度關注。現有的太陽能可充電器件是太陽能電池和儲能器件的集成，通常是四端口或三端口器件。對于四端口器件來說，光充電時，太陽能電池的兩個端口分別與儲能器件兩端連接。當暗放電時，太陽能電池的兩個端口斷開，并且儲能器件與負載相連。更簡單的三端口器件是通過一個電極同時用于能量轉化和能量存儲來實現的。盡管集成太陽能電池和儲能器件是可行的，但是這些四端口或三端口的太陽能可充電器件仍然顯示出多界面能量損失和高成本等問題。

發明內容

本發明的目的在于，提出一種新型低成本兩端口太陽能可充電器件及制備方法，以滿足實際應用的需要。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：一種低成本兩端口太陽能可充電器件，包括法拉第結光電極和對電極為兩個端口，兩端口中間有電解質，構成兩端口太陽能可充電器件；所述的法拉第結光電極包括直接接觸的半導體和法拉體兩種材料(最好置于導電襯底上)，所述的法拉體是一種電子離子耦合的導體。

進一步的，光充電時，所述的法拉第結光電極端口與對電極端口短路連接；暗態放電時，所述的法拉第結光電極端口與對電極端口中間連接負載。

進一步的，所述的法拉第結光電極能發生快速可逆的氧化還原反應；在光照下，法拉第結中的半導體產生電子空穴對，法拉體能捕獲光生載流子和溶液中的離子，實現對太陽能的轉化和存儲。

進一步的，所述的法拉第結光電極的半導體，選自Si、GaAs、InP、Cu₂O、TiO₂、WO₃、BiVO₄、Fe₂O₃、Ta₃N₅、Cu₂ZnSnS₄、CuInGaSe₂、CdS、CdSe等之一或兩種以上的復合材料作為半導體。

所述的法拉第結光電極的法拉體材料，選自W基、Mo基、Ti基、Fe基、Co基、Ni基的氧化物或氫氧化物，C基，聚合物等之一或兩種以上的復合材料作為法拉體。

所述的法拉第結光電極，采用低溫制備方法，制備方法如下；利用(光)電沉積法、離子濺射法、旋涂法或水熱法等之一的方法在導電襯底上半導體上表面制備法拉第結光電極。

所述的對電極，選擇W基、Mo基、Ti基、Fe基、Co基、Ni基的氧化物或氫氧化物，C基，聚合物等之一或兩種以上的復合材料作為對電極。

所述的電解質為水系電解液、有機系電解液、準固態電解質或固態電解質。

有益效果：本發明具有以下優點：(1)本發明的器件結構簡單。本發明采用兩端口設計，光充電時，將兩個端口短接，光生電子(空穴)存儲在法拉第結中，光生空穴(電子)轉移到對電極處。暗態放電時，將兩個端口接于負載兩端，實現對負載的供電。

(2)制備方法簡單，制備溫度低，成本低廉，易于大規模生產。