華僑大學吳季懷最新Nano Energy:?集成鈣鈦礦太陽能電池和對稱超級電容器的光電電容器

太陽能是清潔的、開放的、無限的，但地球上的太陽輻射是波動的、間歇的、不穩定的。因此，太陽能的可持續利用需要高效能量轉換和低損耗儲能技術的互補結合。因此，在單個器件中集成光電轉換和電化學存儲功能的光電容器(IPC)是一種具有成本效益、體積效益和功能效益的最佳選擇。然而，已報道的單個設備的最高轉換存儲效率不到13%。

在此，華僑大學吳季懷團隊研究了能量轉換存儲過程中光電電容器的各種效率之間的關系，并提出了功能組合管理的概念，展示了一種鈣鈦礦太陽能電池和對稱超級電容器單元集成的三端光電容器。

圖1.光電容器的性能與效率

作者提出IPC的能量轉換和存儲經歷了三個過程：光能轉換成電能（光充電）、電能轉換成化學能和化學能輸出電能（放電）。圖1展示了在光充電和暗放電過程中IPC中各效率的變化，通過協調轉換和存儲單元之間的能量匹配，尋求最大功率點重合和最大效率點同步，從而實現了光電容器的太陽能轉換存儲效率超過20%的里程碑。各種最大效率點的潛在值非常接近，這是轉換存儲效率和整體效率高的直接原因。

圖2.光電容器的循環穩定性測試

IPC即使經過200次循環，整體效率仍保持在最大值的98.5 %，表明IPC具有出色的穩定性。這得益于活性炭對稱超級電容器出色的循環性能，如圖2b所示，活性炭對稱超級電容器即使在1200次循環后，電容仍保持初始值的98.4%，庫侖效率保持在~100%。

此外，作者指出提高IPC器件穩定性需要準固體、固體或離子液體電解質，并可以通過使用高能量存儲單元（如鋰離子電容器）來提高設備能量密度。

通訊作者：吳季懷，華僑大學化學與材料學教授。他的研究重點是能量轉換和存儲材料，高吸水性聚合物，光催化納米材料，特別是染料敏化太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池。他發表了550多篇國際文章，H因子為65。他曾是愛思唯爾被引用次數最多的中國研究員，RSC排名前1%的中國高被引作者，以及科睿唯爾（Web of Science）的高被引研究員。

第一作者：宋澤宇，于2016年獲得華北水利電力大學學士學位；于2022年獲得華僑大學化學博士學位，師從吳季懷教授和林建明教授。他的主要研究重點是超級電容器，鈣鈦礦太陽能電池和光電容器。

科研單位：環境友好功能材料教育部工程中心于2009年經教育部批準建設，圍繞綠色發展目標，積極開展光電新能源材料和器件等基礎性、應用性研究。

DOI:?10.1016/j.nanoen.2022.107501

原文鏈接：?https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128552200578X#fig0030