[发明专利]一种具有光电转化功能的全固态超级电容器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有光电转化功能的全固态超级电容器及其制备方法，全固态超级电容器从下至上包括透明导电电极、致密氧化物层、介孔氧化物层、介孔绝缘材料层和介孔碳导电电极。其中，介孔氧化物层、介孔绝缘材料层和介孔碳导电电极中填充有作为固态电解质的铋基钙钛矿C₆H₅NH₃BiX₄。本发明是集太阳能电池与超级电容器于一体的器件，采用具有优异稳定性的铋基钙钛矿C₆H₅NH₃BiX₄作为固态电解质，具有结构简单、成本低廉、低毒和安全的优势。

技术领域

本发明涉及一种具有光电转化功能的全固态超级电容器及其制备方法，属于全固态光电电容器储能技术领域。

背景技术

2004年，Tsutomu Miyasaka和Takurou N.Murakami(T.Miyasaka andT.N.Murakami,The photocapacitor:an efficient self-charging capacitorfordirect storage of solar energy.Appl.Phys.Lett.,2004,85,3932-3934.)首次报道了“光电容器”的概念，其特征是可以将太阳能转换为电能且具有储存功能。2016年，徐等(W.Hu,X.He,Z.Fang,W.Lian,Y.Shang,X.Li,W.Zhou,M.Zhang,T.Chen,Y.Lu,L.Zhang,L.Ding and S.Yang,Bulk heterojunction gifts bismuth-based lead-freeperovskite solar cells with record efficiency.Nano Energy,2020,68,104362)报道了一种基于可印刷三层介观太阳能电池的集成式光电超级电容器，展示了一种兼具太阳能光电转换和存储功能的器件。然而，液体电解质容易泄漏、铅的致癌性以及CH₃NH₃PbI₃钙钛矿的低稳定性会制约这一新兴技术的发展。欧盟和其它国家也严格限制在电子设备中使用铅基材料。此外，使用易燃的异丙醇液体作为电解质会影响这项技术的安全性。因此，开发采用低毒、高稳定材料作为固态电解质的超级电容器有着非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有光电转化功能的全固态超级电容器及其制备方法。

为实现以上发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有光电转化功能的全固态超级电容器，所述电容器自下而上包括透明导电电极、致密氧化物层、介孔氧化物层、介孔绝缘材料层和介孔碳导电电极；其中，介孔氧化物层、介孔绝缘材料层和介孔碳导电电极中均填充有作为固态电解质的铋基钙钛矿(C₆H₅NH₃)BiX₄。

本发明进一步的改进在于，所述X为Cl、Br或I。

本发明进一步的改进在于，所述致密氧化物层为氧化钛与氧化锡中的一种或两种；致密氧化物层的厚度为50～100nm。

本发明进一步的改进在于，所述介孔氧化物层为氧化钛与氧化锡中的一种或两种；介孔氧化物层的厚度为0.5～1μm。

本发明进一步的改进在于，所述介孔绝缘材料层为氧化锆、氧化硅与氧化铝中的一种；介孔绝缘材料层的厚度为1～5μm。

本发明进一步的改进在于，所述介孔碳导电电极为活性炭、石墨、介孔碳、多孔碳、碳纤维、石墨烯、碳纳米管与碳气凝胶中的至少一种；介孔碳导电电极的厚度为15～55μm。

一种如上所述的具有光电转化功能的全固态超级电容器的制备方法，包括以下步骤：