[发明专利]一种自充电的微型光电容器装置及其制备方法

说明书

本发明涉及一种自充电的微型光电容器装置及其制备方法，属于储能器件技术领域。所述光电容器装置包括微型超级电容器、钙钛矿太阳能电池、共享负极导线、共享正极导线、串联导线、封装材料以及电解液，通过巧妙的图形设计在同一块导电玻璃上实现钙钛矿太阳能电池与微型超级电容器的无缝衔接，减小了内阻；通过活性炭、RGO、PEDOT以及电解液之间的适配性，还可以对钙钛矿太阳能电池和微型超级电容器结构参数进行优化，以及对多个钙钛矿太阳能电池进行串联集成，能够实现该光电容器装置的大电容量、高能量密度以及优异的大电流充放电性能；另外，该光电容器装置的制备过程简单，可大规模制备，而且体积小，绿色环保，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种自充电的微型光电容器装置及其制备方法，属于储能器件技术领域。

背景技术

便携式集成微电子设备已成为当前电子产业发展的主流。作为微电子设备最重要的组成部分之一，高性能的微型电源系统已成为满足能源和集成需求的研究目标。迄今为止，包括微型电池、微型超级电容器和光伏电池在内的供能系统已被开发和研究。在上述供能系统中，光伏电池可以直接利用清洁可再生的太阳能进行发电，但其输出受到昼夜周期及光波动的强烈影响。另一方面，尽管超级电容器可以提供不间断的电能供应，且具有功率密度高、循环寿命长以及充放电速率快等优点，但由于缺乏连续的自发电供能，因此必须从外部对其进行充电。

在这种情况下，使用光伏电池来收集太阳能并为超级电容器充电是一个不错的选择。目前有光充电能力的超级电容器装置，大多是采用拼接方式，即将光伏电池与超级电容器通过额外的导线等导电材料连接起来，但这种通过外部连接的系统存在以下问题：首先，这种方式中导线极易缠结且整个系统体积较大，不能满足可穿戴电子设备的需求；其次，由于光伏电池、电容器以及导线之间材料的不同，在连接过程中，会产生较大的电阻，影响装置的整体光电转换效率。因此，高集成度的一体化光电转换-能量存储器件，即光电容器的出现，可有效解决上述问题。光电容器是原位储能设备，其中太阳能电池和超级电容器共享电极同时实现能量的转换与储存。

然而，目前已有的大多数光电容器均是基于宏观的超级电容器制备，因此其集成只能通过外部导线进行，这导致均匀性差和集成度低，不利于携带和按需供电。此外，由于大多数光伏电池的开路电压低，导致光电容器的工作电压和能量密度通常较低，绝大多数光电容器仅限于点亮小型LED灯，不能驱动其他用电器件，因此急需高能量密度、高集成度和高工作电压的微型光电容器解决上述问题。

发明内容

针对目前光电容器存在的不足，本发明提供一种自充电的微型光电容器装置及其制备，通过巧妙的图形设计在同一块导电玻璃上实现钙钛矿太阳能电池与微型超级电容器的无缝衔接，减小了微型光电容器的内阻；通过活性炭、还原氧化还原氧化石墨烯(RGO)、聚3,4乙烯二氧噻吩(PEDOT)以及电解液之间的适配性，还可以对多个钙钛矿太阳能电池进行串联集成，实现该装置的大电容量、高能量密度以及优异的大电流充放电性能；另外，该装置的制备过程简单，可操作性强，可大规模制备。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种自充电的微型光电容器装置，所述光电容器装置包括微型超级电容器、钙钛矿太阳能电池、共享负极导线、共享正极导线、串联导线、封装材料以及电解液；

微型超级电容器是由两个叉指电极的叉指交叉排列形成的，叉指电极的材料组成为金集流体及其表面依次涂覆的碳-活性炭层、RGO-PEDOT(还原氧化还原氧化石墨烯-聚3,4乙烯二氧噻吩)层；

钙钛矿太阳能电池依次由导电玻璃(如FTO导电玻璃或ITO导电玻璃)、SnO₂阻挡层、MAPbI₃光敏层和复合电极层组成，导电玻璃是经过刻蚀处理之后包含非导电区域和n(n为大于等于1的整数)个导电区域的玻璃，每个导电区域又分为电极区和电池区，每个导电区域包含一个钙钛矿太阳能电池，钙钛矿太阳能电池位于电池区，电极区上涂覆有碳-活性炭层和RGO-PEDOT层的复合涂层，复合电极层是由碳-活性炭层和RGO-PEDOT层组成的复合电极层；