[发明专利]一种便携高效的钙钛矿-储能集成器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种便携高效的钙钛矿‑储能集成器件及其制备方法，属于能量转化与储存器件技术领域。该钙钛矿‑储能集成器件包括钙钛矿太阳能电池组和铝离子电池系统，钙钛矿太阳能电池组包括多个串联的太阳能电池单元，太阳能电池单元包括导电基底、电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层。为了与铝电的电压相匹配，本发明设计了较小的钙钛矿太阳能电池组件，通过在同一基底上直接串联多个相同的钙钛矿电池。本发明还采用全无机钙钛矿作为光吸收层，使其所制备的集成器件更加稳定，有利于集成器件高效的能量转化，提高其结构稳定性和使用寿命。

技术领域

本发明涉及能量转化与储存器件技术领域，具体涉及一种便携高效的钙钛矿-储能集成器件及其制备方法。

背景技术

近年来，钙钛矿太阳能电池凭借其光电转化效率高、制备工艺简单等优势，得到了突飞猛进的发展。然而实际应用中白天黑夜的循环、气候日照的变化都会影响太阳能电池的能量输出。因此，实现太阳能的光电转换与电能及时储存具有非常重要的意义，钙钛矿-储能集成器件，通过光伏组件将太阳能转换为电能，直接存储生成电气能源，是比较有前途的下一代电源之一。钙钛矿材料的太阳能电池效率逐年攀升，远超过了染料敏化电池和有机太阳能电池等新型薄膜太阳能电池，具有光明的应用前景和巨大的竞争潜力。

铝离子电池以其能量密度高、使用寿命长、无记忆效应和安全、无污染等优点，受到了广泛的应用，尤其在电动车和混合动力电车方面。但因为其自身不能满足自充电供应会限制其应用。而太阳能电池可以为铝离子电池直接充电提供大规模应用的机会。

目前，对于太阳能电池与铝离子电池的集成虽然有了一些研究，然而涉及无机钙钛矿太阳能电池与铝离子电池的集成研究甚少，目前的钙钛矿材料大都采用有机-无机混合钙钛矿体系，材料的稳定性较差，并且集成方式存在价格昂贵、笨重等问题。因此，如何实现钙钛矿太阳能的稳定输出和钙钛矿太阳能电池与铝离子电池的有效集成，开发基于无机钙钛矿的便捷高效的储能集成器件，还需要开展深入的研究与探索。

发明内容

本发明针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种便捷高效的钙钛矿-储能集成器件及其制备方法，其采用叠层的集成方式，前三层为串联而成的无机钙钛矿太阳能电池组，上面堆积铝离子电池系统，实现了能量转化和存储的双重功能，减小了器件的体积，降低了成本，有利于小型化电子设备的实现。

本发明提供了一种便携高效的钙钛矿-储能集成器件及其制备方法，包括至少三个串联的太阳能电池单元，各太阳能电池单元均包括自下而上依次设置的透明导电衬底、电子传输层、无机钙钛矿光吸收层和空穴传输层，所述空穴传输层上设有铝离子电池系统。

较佳地，透明导电衬底为FTO或ITO玻璃。

较佳地，电子传输层为TiO₂、SnO₂或ZnO。

较佳地，无机钙钛矿光吸收层为CsPbI₂Br。

本发明还提供了一种便携高效的钙钛矿-储能集成器件的制备方法，包括如下步骤：

1)透明导电衬底的预处理：依次采用去离子水、无水乙醇、丙酮、异丙醇和无水乙醇清洗透明导电衬底表面，氮气吹干，最后放入紫外线臭氧中处理10-20分钟进行表面改性；

2)通过一步旋涂法在步骤1)预处理后的透明导电衬底上旋涂电子传输层；

3)在步骤2)得到的电子传输层上旋涂钙钛矿结构的光伏材料，得到无机钙钛矿光吸收层；

4)在步骤3)得到的无机钙钛矿光吸收层上旋涂空穴传输层材料，完成一个太阳能电池单元的制备；

5)重复步骤1)-4)，制备获得多个太阳能电池单元，将制备完成的多个个太阳能电池单元采用串联的方式连接，获得钙钛矿太阳能电池组；