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西建大（云斯宁）、兰大（秦勇）、上海高研院（殷敏/李东栋）、西交大（韩晓刚）等EES：基于染料敏化和钙钛矿太阳能电池的新一代集成器件最新进展

能源危机和环境问题正在蔓延到世界的每个角落，成为社会可持续发展的重要瓶颈。太阳能被认为是人类可利用的最丰富的清洁能源之一，大规模开发利用太阳能将可能从根本上解决未来世界对能源消费的需求。太阳能光伏发电已成为太阳能利用的最重要方式之一。近年来科学家们开发出如硅基电池（SSC）、铜铟镓锡电池（CIGS）、有机太阳能电池（OSC）、染料敏化太阳能电池（DSSC）、钙钛矿太阳能电池（PSC）等多种太阳能电池。DSSC和PSC由于具备效率高以及工艺温度低等特点，受到了广泛关注。

太阳能发电具有间歇性的特点，如果安装在偏远地区，直接连接到国家电网存在困难。因此，太阳能发电所产生的电能还需通过储能器件进行存储。目前采用的分立式的光伏/储能联用存在系统庞大，系统效率低等问题。因此，近年来科学家们提出了设计开发一个发电存储一体化器件来同时实现太阳能发电和能量存储两个功能，以实现小型化、轻质型及高能量利用效率的能源转化及存储，来满足未来不同应用领域的能源需求。

近日，西安建筑科技大学云斯宁教授牵头，兰州大学秦勇教授、华盛顿大学Alexander R Uhl博士、瑞士联邦理工Nick Vlachopoulos博士、Anders Hagfeldt教授、上海高研院李东栋研究员、西安交通大学韩晓刚教授等参与，合作在期刊Energy & Environmental Science（影响因子29.518）上发表了题为《基于染料敏化和钙钛矿太阳能电池的新一代集成器件》（New-generation integrated devices based on dye-sensitized and perovskitesolar cells）的综述文章。

论文链接：

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ee/c7ee03165c#!divAbstract

该文章首先系统回顾了太阳能电池以及染料敏化、钙钛矿太阳能电池的研究现状，随后全面综述了染料敏化和钙钛矿太阳能电池与其他器件的集成情况（图1），主要包括：

1）与其他类型太阳能电池如OSC，SSC以及CIGS的集成，将PSC与多种类型太阳能电池进行串联集成（图2），提高电池宽光谱吸收能力以及光电转化效率；2）与储能器件如超级电容器（SC）、锂离子电池(LIB)的集成，论述了在材料结构和器件结构设计优化方面的大量研究，综述了提高集成器件的能量转化和存储效率（图3）的技术发展；3）与光电化学池(PEC)的集成联用，将光能、电能和化学能的相互转化进行器件集成研究（图4）。

图1 (a) 基于钙钛矿太阳能电池的能量转化器件集成；(b) 基于染料敏化和钙钛矿太阳能电池的能量转化和存储器件集成。

图2 (a) PSC-SSC四串联集成器件，效率可达25.2%；(b)PSC-CIGS集成器件，效率可达19.5%；(c) PSC-PSC两串联和四串联器件，效率分别可达17%和20.3%；(d) PSC-OSC集成器件，效率为12.98%。

图3 (a) DSSC-LIB集成器件结构；(b) DSSC-SC管状集成器件结构；(c) 以双极TiO2纳米管作为电极的DSSC/SC集成器件；(d) Si材料作为光电转化和存储活性材料的DSSC-SC集成器件；(e) PSC-SC集成器件。

图4 (a) PSC-PEC串联器件；(b) 基于Cu2O/PSC-IrO2作为PEC电极的PSC/PEC串联器件。

总体来说，目前集成器件的研究还处于起步阶段，能量转化和存储效率还较低。最后讨论了以上三种集成系统分别存在的问题，为满足未来不同领域对于高效持久集成器件的需求，需要从材料角度提高这种发电存储一体化器件的性能以及大面积生产的能力。同时，进行新一代集成器件结构的设计，使不同功能单元更好地相互匹配对能量利用效率的提高也至关重要。

参考文献：

Sining Yun, * Yong Qin, AlexanderR. Uhl, Nikolaos Vlachopoulos, Min Yin, Dongdong Li, Xiaogang Han and AndersHagfeldt, New-generation integrated devices based on dye-sensitized andperovskite solar cells, Energy & Environmental Science, 2018, DOI:10.1039/C7EE03165C.

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来源：作者投稿

。编辑：明轩

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