由于其绿色和无限的性质,太阳能是化石燃料的重要替代品[1]。近年来,光伏技术发展迅速,已成为利用太阳能的有效方式[2,3]。然而,太阳能电池的应用受到其间歇性和波动性的限制[4]。将太阳能电池与储能系统集成是解决上述问题的常用方法。通常通过接线或机械堆叠来实现太阳能电池与可充电电池的集成[[5], [6], [7]]。然而,这种方法需要在太阳能电池和电池之间增加额外的电路,这不仅使系统集成复杂化,还会引入显著的欧姆损耗[[8], [9], [10]]。此外,由于太阳能电池和电池之间的不匹配,实现理想功率也是一项重大挑战[11]。这些缺点导致成本增加和效率降低,从而限制了其大规模应用的潜力。
与通过接线或机械堆叠的集成方式相比,双电极系统作为一种更具吸引力的集成解决方案脱颖而出,主要得益于其简化的制造过程、紧凑的结构设计、优越的性能特性以及大规模生产的可行性[12]。在双电极光充电电池配置中,一个电极同时具备光转换和能量储存的双重功能。Hodes等人在1976年的开创性工作首次展示了使用含硫化合物电解质的双电极光充电电池[13]。随后,张等人报道了在三维铜泡沫基底上原位生长的一维CuO纳米线阵列作为双功能光阳极的首次应用[14]。在高电流密度(4000 mA g−1)条件下,充放电比容量显著提高,分别从269.04 mAh g−1和264.12 mAh g−1提升到431.89 mAh g−1和433.18 mAh g−1。刘的研究团队开发了一种结合g-C3N4光催化剂的光辅助可充电Li–O2电池,实现了1.9伏的超低充电电压——远低于2.7伏的放电电压[15]。Kumar及其同事提出了一种基于TiS2∼–TiO2纳米片的可充电锂离子电池正极[16]。这种新方法展示了250 mAh g−1−1的放电容量(在100 mA g−1电流下),为水基锌-碲光充电电池系统带来了显著的节能优势。该设备的整体效率达到了0.31%。
然而,这类结构化的光充电系统通常依赖于液态电解质,这可能导致由于电解质泄漏而引发系统故障。在本研究中,我们提出了一种使用基于铋的钙钛矿Cs2AgBiBr6作为吸光层的全固态光充电电池,它集成了光吸收、能量转换和能量储存的功能。该光充电电池在光照条件下可产生0.62伏的光电压,在黑暗环境中保持0.49伏的输出电压,整体效率为0.11%。此外,通过将八个子电池单元串联连接,系统在仅30分钟的光充电后,可以为LED供电约130秒。