由于化石燃料日渐枯竭和环境污染问题日益突出,新能源的开发和利用迫在眉睫。太阳能是清洁、安全和可持续的能源,其储量丰富、成本低廉、无污染,在未来能源领域应用潜力巨大。由于太阳能的间歇性、地域性和不稳定性,严重制约了其实际应用。目前,太阳能电池将太阳能转化为电能,进一步储存或利用。太阳能同时转化和储存是实现高效利用太阳能的关键。设计光伏系统和储能单元集成器件可以实现太阳能同时转化和储存。不仅器件结构简单,而且降低了太阳能储存过程中能量损耗。本论文分别设计太阳能可充电超级电容器、太阳能可充电锂电电池和太阳能可充电液流电池,太阳能辅助储能器件充电,实现其转化和储存一体化,提高太阳能利用效率。主要研究内容如下:1.设计太阳能可充电超级电容器器件。微波法合成介孔立方体Fe2O3/GO复合材料。利用微波由内而外快速加热方式,短时间合成普鲁士蓝/氧化石墨烯前驱体,进一步焙烧得到Fe2O3/GO复合材料作为超级电容器负极材料。Fe2O3既是储能材料又是半导体材料,光激发下产生电子-空穴对。放电过程,光激发Fe2O3/GO电极放电比容量提高10%,实现太阳能同时转化和储存。2.设计太阳能可充电锂碘电池器件,光照射氧化钛纳米管阵列(TNT),TNT产生电子-空穴对,空穴将碘负离子(I-)氧化成碘三负离子(I3-),电子由外电路转移至负极,将锂离子(Li+)还原成金属锂。半导体产生光电压补充到电能充电电压,可实现电能充电电压低于放电电压,节约部分电能,实现光能转化和储存。3.设计双驱动太阳能可充电液流电池器件。单个光电极产生超过1.0 V的光电压属于禁带宽度较宽的半导体,只能吸收短波长太阳光谱,降低太阳能的利用效率,双光照体系弥补这个缺点。C3N4作为光阳极和Gd Cr O3作为光阴极,光激发C3N4产生电子-空穴对,空穴将DMPZ氧化,另一侧光激发Gd Cr O3产生电子-空穴对,电子将PL还原,C3N4产生的电子通过外电路转移与Gd Cr O3产生的空穴复合,形成完整的充电回路,实现太阳能同时转化和利用。