太陽能憑借其可再生性、豐富性、無污染等優點，在替代傳統能源的進程中扮演著長盛不衰的重要角色。然而，太陽能的非持續性和不穩定性的特點，使得太陽能發電系統常需要有配套的儲能裝置將電能存儲起來，從而保證發電、供電的連續性、穩定性和可控性。傳統的光伏電站常由相對獨立的大容量儲能裝置與之配套，子系統之間的連接常會引入更多的無謂損耗，從而降低了太陽能利用效率和系統可靠性。對于便攜式的電子產品，分離式的設計不僅降低了整體的性能，還增加了系統的重量和占用的空間。因此，如何進一步提高太陽能利用效率、降低光電轉換和電能存儲過程的成本，是一個值得探究的問題。自2004年以來，研究人員提出了基于染料敏化太陽能電池及其它光伏薄膜電池的一體化光電轉換-能量存儲集成器件，實現了電荷產生、傳輸和存儲步驟的簡化。然而，受限于所選光伏電池的光電轉換效率、儲能材料和機制的引入，器件的整體性能還未達到理想的水平。


最近，新加坡南洋理工大學的范紅金教授團隊和武漢理工大學庫治良合作，從光伏電池、儲能器件和電荷傳輸系統的合理設計等三方面著手，提出基于P型聚噻吩改造的可印刷式鈣鈦礦太陽能電池的一體化光電容集成器件。近年來，基于有機無機復合鈣鈦礦（MAPbX3,MA=CH3NH3,X=Cl,Br,I）的太陽能電池的能量轉換效率經短短6年的發展飛速提升至21.0%（經認證），成為光伏電池領域的戰斗機。為了優化電池結構和降低電池成本，日前，該團隊成功研制了基于介孔金屬鎳對電極的單基板鈣鈦礦太陽能電池，以替代傳統鍍金工藝，其光電轉換效率可達13.6%。在此研究基礎上，該團隊利用可印刷單基板結構和對電極的多選性，將P型聚噻吩復合的介孔碳作為鈣鈦礦太陽能電池的對電極，實現了光伏電池正電荷收集和存儲的雙功能作用。搭配對稱介孔碳-聚噻吩電極收集負電荷，形成儲能體系。然而，儲能器件的可充放性仍需電解質的循環遷移。因此，電解液對鈣鈦礦穩定性的影響成為至關重要的問題。研究人員通過不斷嘗試，研制出富含高氯酸根離子的低極性有機電解液，在不影響鈣鈦礦穩定性的前提下，實現了聚噻吩與高氯酸根氧化還原的贗電容效應。在此光電容集成體系中，正電荷的產生和存儲為同步過程，無額外傳輸路徑的引入。因此，在光電轉換效率為6%的狀態下光電容的最大能量存儲效率可達73.77%，優于現今報道的其它光電容和光電池集成器件。隨著今后工藝改進對光電轉換效率的提高，其最大光電轉換-能量存儲總效率也有巨大提升空間，將遠超于此系統目前達到的4.70%。該項研究工作證實了這種光電轉換-能量存儲一體化集成概念的可行性和優越性，有望為未來便攜設備提供動力。相關工作已在線發表于 Advanced Materials Technologies上。