华侨大学吴季怀最新Nano Energy: 集成钙钛矿太阳能电池和对称超级电容器的光电电容器

太阳能是清洁的、开放的、无限的，但地球上的太阳辐射是波动的、间歇的、不稳定的。因此，太阳能的可持续利用需要高效能量转换和低损耗储能技术的互补结合。因此，在单个器件中集成光电转换和电化学存储功能的光电容器(IPC)是一种具有成本效益、体积效益和功能效益的最佳选择。然而，已报道的单个设备的最高转换存储效率不到13%。

在此，华侨大学吴季怀团队研究了能量转换存储过程中光电电容器的各种效率之间的关系，并提出了功能组合管理的概念，展示了一种钙钛矿太阳能电池和对称超级电容器单元集成的三端光电容器。

图1.光电容器的性能与效率

作者提出IPC的能量转换和存储经历了三个过程：光能转换成电能（光充电）、电能转换成化学能和化学能输出电能（放电）。图1展示了在光充电和暗放电过程中IPC中各效率的变化，通过协调转换和存储单元之间的能量匹配，寻求最大功率点重合和最大效率点同步，从而实现了光电容器的太阳能转换存储效率超过20%的里程碑。各种最大效率点的潜在值非常接近，这是转换存储效率和整体效率高的直接原因。

图2.光电容器的循环稳定性测试

IPC即使经过200次循环，整体效率仍保持在最大值的98.5 %，表明IPC具有出色的稳定性。这得益于活性炭对称超级电容器出色的循环性能，如图2b所示，活性炭对称超级电容器即使在1200次循环后，电容仍保持初始值的98.4%，库仑效率保持在~100%。

此外，作者指出提高IPC器件稳定性需要准固体、固体或离子液体电解质，并可以通过使用高能量存储单元（如锂离子电容器）来提高设备能量密度。

通讯作者：吴季怀，华侨大学化学与材料学教授。他的研究重点是能量转换和存储材料，高吸水性聚合物，光催化纳米材料，特别是染料敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池。他发表了550多篇国际文章，H因子为65。他曾是爱思唯尔被引用次数最多的中国研究员，RSC排名前1%的中国高被引作者，以及科睿唯尔（Web of Science）的高被引研究员。

第一作者：宋泽宇，于2016年获得华北水利电力大学学士学位；于2022年获得华侨大学化学博士学位，师从吴季怀教授和林建明教授。他的主要研究重点是超级电容器，钙钛矿太阳能电池和光电容器。

科研单位：环境友好功能材料教育部工程中心于2009年经教育部批准建设，围绕绿色发展目标，积极开展光电欧洲杯线上买球 材料和器件等基础性、应用性研究。

DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107501

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128552200578X#fig0030