作者:沈国震等 来源:《先进功能材料》 发布时间:2014-4-22 17:13:15
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科学家提出新型光电容集成概念
 
最近,中科院半导体所超晶格国家重点实验室沈国震研究员与中国科学院上海高等研究院李东栋副研究员合作,提出了一种新型的基于双面二氧化钛纳米管阵列组装的光电容集成概念,并且通过对材料的掺杂改性,成功地制备出了具有优良能量转换与存储总效率、高循环稳定性的集成光电容器件。相关成果发表在2014年4月德国Wiley主办的Advanced Functional Materials(2014, 24, 1840-1846.)上。该成果同时入选该期刊的内封面论文,并被MaterialsViewsChina网站报道,相关内容如下:
 
可持续的能量转换与存储技术为满足未来绿色环保的能量需求提供了重要的发展方向。伴随着接近15%的光电转换效率和低廉的成本,染料敏化太阳能电池被认为是最具竞争力的光伏电池之一。同时,电化学超级电容器因其超高的功率密度和循环寿命,在电子产品、电动汽车和智能电网等新兴产业中得到了广泛的关注。然而,在同一工作体系中,目前所用的光电转换器件和能量存储器件都是通过外接电路连接并且独立控制的,这就不可避免的造成了空间的浪费与能量的额外消耗。
 
针对这一问题,中国科学院半导体研究所沈国震研究员课题组与中国科学院上海高等研究院李东栋副研究员合作,提出了一种新型的基于双面二氧化钛纳米管阵列组装的光电容集成概念,并且通过对材料的掺杂改性,成功地制备出了具有优良能量转换与存储总效率、高循环稳定性的集成光电容器件。相关结果发表在Advanced Functional Materials上。
 
该团队通过简单的电化学阳极氧化方法在钛片基底上制备了双面有序排列的二氧化钛纳米管阵列。以其中一面二氧化钛纳米管阵列为光阳极组装成为染料敏化太阳能电池之后获得了3.17%光电转换效率。同时,以氢气等离子体对另外一面二氧化钛纳米管阵列进行处理,然后与染料敏化太阳能电池中的钛基底共同作为超级电容器的负极,结合同样处理后的另一片单面二氧化钛薄膜作为正极,组装成对称型超级电容器(其面积比电容达到1.100 mF/cm2)。将太阳能电池部分的对电极与超级电容器部分的正极连接控制,最终形成集成光电容器件。在可见光照射下,集成器件的测试结果表明:(1)在光充电1秒内迅速产生2.6 mA/cm2的脉冲光电流,然后逐步衰减至0.025 mA/cm2。与此同时,光电容的电压逐步达到0.61V,与太阳能电池的开路电压(0.63V)接近,从而实现了对电容器的快速充电。(2)在这一秒内,光电容获得了高达1.64%的光电转换与能量存储总效率和51.60%的最大能量存储效率。(3)循环100圈之后,光电容仍能保持稳定的光充电与恒流放电效果,比电容量保持率高达96.5%。进一步将多个光电容串联后,可以有效的将输出电压提高到2.5V,增强了光电容的实用性。
 
该工作验证了集成光电容的设计概念的可行性,有望在轻质、便携、节能器件中得到应用。同时,采用柔性基底还有望实现柔性集成光电容系统,从而在下一代柔性、可穿戴器件中得到广泛的应用。(来源:中科院半导体研究所)
 
 
 
 
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