Advanced Functional Materials:太阳能转化储存一体化:背面受光的钙钛矿太阳能可充电锂电池

太阳能电池可以收集太阳能并将其转化为电能,锂离子电池可将电能储存。太阳能电池和锂电池的互补性使它们的集成成为能源未来的理想解决方案。传统上,太阳能电池和锂电池集成多是通过使用导线接将两个独立的设备捆绑在一起。这种方式使用了多余的空间,并有碍于实现集成系统的灵活性,小型化,高效和成本效益,同时还带来了其他挑战,例如包装要求和系统平衡的考量。

本论文介绍了一种太阳能可充电集成装置,由单节钙钛矿太阳能电池和锂离子电池的集成,借助于电压转换器,实现光充电过程。在集成装置中,作者使用了堆叠的方式将锂离子电池构建中在钙钛矿太阳能电池的顶部,两者使用了一个共同的金属电极。共用电极的使用使太阳能电池与锂离子电池实现了有效的机械隔离,防止相互影响,同时提供有效的电流导通。而电压转换器的使用可通过电池管理和最大功率点跟踪提供更好的控制,而这对于实际负载的安全可靠运行是不可或缺的。集成装置的总体光电转换-存储效率高达7.3%,这个效率高于之前所有报道的类似设计的一体化集成装置。优异的性能可归因于:最大功率跟踪功能的转换器的使用,高效率的钙钛矿太阳能电池,Li4Ti5O12-LiCoO2锂离子电池能量低损失,以及通过通用公用金属电极进行的原位电荷转移。本论文中展示的这种可充电式集成装置可以用作传感器,便携式电子设备和可穿戴设备的候选电源。论文还为进一步减小能源转换和储能集成装置的面积方面提供了新的设计思路。

相关工作在线发表在Advanced Functional Materials上(DOI: 10.1002/adfm.202001865)。