新型太阳能功率放大器，功率密度提升50倍学术资讯

来源：两江科技评论

2020年6月5日，SCIENCE CHINA Materials 在线发表了南开大学高学平课题组在光充储能化学电源方向的新成果：“Quasi-solid-state solar rechargeable capacitors based on in-situ Janus modified electrode forsolar energy multiplication effect”。

该工作基于Janus共享电极的策略，将钙钛矿太阳能电池和超级电容器进行集成设计，引入凝胶电解质，构筑起准固态光充电储能器件，将常规太阳能电池的~10 mW cm−2功率密度提升到目前的500 mW cm−2，既集成了太阳能的转换、储存和利用的光储一体化，又实现了太阳能功率的倍增放大。该论文的第一作者为博士研究生陈鹏。

图1：（a）光充电容器的基本原理。（b）光充电容器的具体结构。太阳能电池是一个光电转换器件，可以理解为一个发电装置；化学电源是一个化学能与电能的转换与储存器件，是一个储能装置。光储一体化就是将这两种装置进行功能复合的技术，这既包括太阳能电池与二次电池的集成，也包括太阳能电池与超级电容器的匹配，分别对应于能量型和功率型的发展策略。通常，太阳能的辐照强度在标准光强AM1.5下为100 mW cm−2，经过太阳能电池转换之后仅为10–20mW cm−2，如此低的功率密度限制了太阳能电池在诸多领域中的应用。通过估算，驱动一台普通空调就需要5–10 m2的太阳能电池板，而启动一辆电动汽车仅靠太阳能电池是无法满足其瞬时功率要求的。为实现功率型的光储一体化，该工作将高效的钙钛矿太阳能电池和高功率的水系超级电容器进行集成设计，并基于Janus共享电极和引入凝胶电解质的策略，构筑起准固态光储一体化器件，可实现太阳能-化学能-电能的转换、存储与利用。特别是，通过时间尺度上收集/释放的策略，将器件的功率密度提升到500 mW cm−2，成功突破了太阳辐射的功率密度限制。相对于普通的太阳能电池器件，其功率密度提升了约50倍，实现了太阳能功率的倍增放大。同时，这种光储一体化的新模式可实现4%的总能量转换效率。在实际工况下，这种功率型的光储能器件也可有效缓解太阳能电池对光照的强烈依赖以及普通电容器对电能输入的需求，显著提升太阳能的实用性。

图2：光充电容器的性能。

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