柔性纤维状太阳能电池与能量存储器件

【作者】 邹德春；

【机构】 北京大学；

【摘要】 近年来,柔性可穿戴电子设备受到越来越多的关注,开发与之相匹配的能源转换与存储器件非常必要。柔性纤维状能量转换与存储器件是近年来快速崛起的器件类型,其基本出发点是在廉价的柔性纤维基底上构筑合适的功能层得到功能电极,利用活性电极组装得到完整的器件,实现光电转换和/或电化学能量存储等物理过程,获得区别于传统平板状器件形态的"线状"器件。纤维功能电极可以进行编织和缠绕,纤维器件可以连接或整合,为新型器件设计和特殊应用提供了广阔的空间。2008年,我们率先报道了柔性纤维状的染料敏化太阳能电池,证明了这种特殊结构的可行性。经过几年的努力,我们将单根纤维电池的效率提高到8%[1],器件长度超过30 cm,体现了电池的高效、柔性;为避免液态电解液的泄露,我们制备了全固态的钙钛矿纤维电池,实现了5.35%的转化效率[2]。还针对纤维电池的特殊形态和三维采光特性进行了聚光设计,得到高功率输出的组件[3]。除此之外,我们还成功的将钙钛矿材料体系应用在了纤维太阳能电池中,与此同时,我们制备了柔性纤维状的高功率超级电容器和高容量电池,实现了纤维状的电化学能量存储设计[4][5]。在此基础上,我们实现了纤维太阳能电池与纤维电化学能源存储器件的整合,总的能量转换效率超过2%。值得指出的是,上述体系尽可能的使用廉价易得的材料,如二氧化钛、墨水碳、碳纤维和聚苯胺等[6],体现了器件的高性能和易制备,为其应用奠定了基础。在高效纤维状太阳能电池、超级电容器和电化学电池的刺激下,更多纤维状光电子器件研究正在兴起,柔性、可编织、可穿戴的"智能织物"将成为现实。更多还原