一种基于有机光伏电池的无线能量传递系统

本发明涉及一种较低功率的激光无线功率传递系统，具体涉及一种基于有机光伏电池的无线能量传递系统。

背景技术：

1、激光无线能量传递技术利用激光和光伏电池组成光电转换器，激光作为能量传递的中间形式，光伏器件作为能量接收装置，将光能转变为电能，可以实现准直性良好的无线功率传递。随着物联网技术的发展，人们对自供电微电子电力设备的需求增加，当前激光无线功率传递技术的发展需趋向于适用不同波长激光、较短距离低功率密度传输的特点发展。然而，现阶段基于硅电池和砷化镓电池的激光无线功率传递系统中，器件结构较为复杂，成本较高，使用的激光器为高功率近红外激光器，限制了激光无线功率传递技术在除军事应用和特殊应用之外其它领域的发展。

2、有机光伏电池具有易于制备、高柔性和良好的颜色可调性等优点，可以在不同波长激光下工作，尤其在较低功率下具有出色的光电转换能力，满足当前技术发展的需求。根据有机光伏电池中不同活性层材料不同的吸收光谱，可以选择不同波长的激光相适配。但相对有机光伏电池活性层较宽的吸收光谱，激光光谱数纳米的半峰宽过于狭窄，如何选择恰当波长的激发光以获得最佳的能量转换效率(pce)仍未可知。因此，需要开发基于有机光伏电池的无线功率传递系统，确定基于有机光伏电池的无线功率传递系统的激光波长的选择。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于有机光伏电池的无线能量传递系统，实现不同波长激光辐射时的无线功率传递，提供了不同活性层有机光伏电池与激光波长相适配的方案。

2、本发明所提供的基于有机光伏电池的无线能量传递系统，包括激光器或led光源、有机光伏电池和用电装置；

3、所述有机光伏电池与所述用电装置连接；

4、所述激光器或所述led光源发射的光照射在所述有机光伏电池上，为所述用电装置供电；

5、由下至上，所述有机光伏电池包括基底、活性层和电极，所述基底与所述活性层之间和/或所述活性层与所述电极之间设有界面层；

6、所述无线能量传递系统包括一个所述激光器或多个相同或不同波长的所述激光器。

7、通过选择不同的活性层材料，适配不同波长的激光器，实现在不同激光波长下的能量传输。

8、上述的无线能量传递系统中，所述激光器为固体激光器、半导体激光器、光纤激光器或激光器模组；

9、所述led光源由单色led或多色led光源构成。

10、所述led光源由聚光装置进行定向传输。

11、上述的无线能量传递系统中，所述激光器的能量密度可为0.1～1000mw/cm2，优选为0.1～300mw/cm2；

12、所述激光器的激光光斑面积小于、等于或大于有机光伏电池的面积；

13、所述激光器的激光光斑不经过或经过匀光装置后照射在所述有机光伏电池上。

14、上述的无线能量传递系统中，所述基底为玻璃基底、柔性基底或其他异形结构基底；

15、所述活性层、所述界面层可选用旋涂、刮涂、喷墨打印和丝网印刷等方式加工成膜；

16、所述电极材料选自，但不仅限于：ito、fto、银纳米线、azo、钙、镁、钡、铝、银、金、铜、镍、锌、钛、锰、铁、铂和钼中的任一种；

17、所述界面层包括阳极界面层和阴极界面层，所述阳极界面层的材料选自，但不仅限于：pedot:pss(聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐)、三氧化钼、五氧化二钒和氧化镍中的任一种；

18、所述阴极界面层的材料选自，但不仅限于：氟化锂、氧化锌、钛配合物、氧化锡、含胺基聚芴类共轭高分子及其衍生物中的一种、两种或更多种。

19、上述的无线能量传递系统中，所述用电装置可为用电器；

20、所述用电器可为，但不仅限于手机、遥控器、蓝牙耳机或音响。

21、上述的无线能量传递系统中，所述激光器的激光波长根据所述活性层的吸收光谱的范围确定，综合所述有机光伏电池的外量子效率，选择的激光波长需在外量子效率较高的波长范围内；

22、优选地，所述激光器的激光波长选择接近所述活性层的带隙的位置。

23、上述的无线能量传递系统中，所述活性层的材料可为单组份体系、聚合物/富勒烯体系、聚合物/非富勒烯体系或小分子/非富勒烯体系；

24、所述活性层的厚度可为50～1000nm，优选100nm；

25、优选地，所述活性层的材料可为下述1)-3)中任一种，但不仅限于：

26、1)pbdb-tf与btp-ec9的混合物，相应地，所述激光器的激光波长为533nm、809nm或827nm；

27、所述pbdb-tf与所述btp-ec9的质量比可为1：0.8～1.5，优选1：1.2，此时，在eqe值相当的533nm、809nm和827nm激光波长下，波长越接近带隙的位置，能量转换效率越高，最高可达到36.00％；

28、2)pbdb-tf与it4f的混合物，相应地，所述激光器的激光波长为533nm或660nm；

29、所述pbdb-tf与所述it4f的质量比可为1：0.8～1.5，优选1：1，此时，在eqe值相当的533nm和660nm激光波长下，波长越接近带隙的位置，能量转换效率越高，最高可达到23.14％；而且在809nm激光下，eqe值过低，得到的效率值远低于660nm，证实了eqe值在选择波长时的重要性；

30、3)pb2与gs-10的混合物，相应地，所述激光器的激光波长为660nm。

31、所述pb2与所述gs-10的质量比可为1：0.8～1.5，优选1：1.2，此时，在660nm处eqe值较高且接近pb2:gs-10带隙的位置，能量转换效率最高可达到40.02％。

32、本发明提供的激光无线功率传递系统，采用有机光伏电池，可以在较低的激光能量密度下具备较高的能量转换效率，并且有机光伏电池中不同的活性层材料具有不同的吸收光谱，可以与不同波长激光相适配，拓宽了在激光无线能量传输系统中。本发明还提供了不同活性层有机光伏电池与激光波长相适配的方法。

技术特征：

1.基于有机光伏电池的无线能量传递系统，包括激光器或led光源、有机光伏电池和用电装置；

2.根据权利要求1所述的无线能量传递系统，其特征在于：所述激光器为固体激光器、半导体激光器、光纤激光器或激光器模组；

3.根据权利要求1或2所述的无线能量传递系统，其特征在于：所述激光器的能量密度为0.1～1000mw/cm2；

4.根据权利要求1-3中任一项所述的无线能量传递系统，其特征在于：所述基底为玻璃基底、柔性基底或其他异形结构基底。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的无线能量传递系统，其特征在于：所述用电装置为用电器；

6.根据权利要求1-5中任一项所述的无线能量传递系统，其特征在于：所述激光器的激光波长根据所述活性层的吸收光谱的范围确定。

7.根据权利要求6所述的无线能量传递系统，其特征在于：所述激光器的激光波长选择接近所述活性层的带隙的位置。

8.根据权利要求7所述的无线能量传递系统，其特征在于：所述活性层的材料为单组份体系、聚合物/富勒烯体系、聚合物/非富勒烯体系或小分子/非富勒烯体系。

9.根据权利要求8所述的无线能量传递系统，其特征在于：所述活性层的材料可为，但不仅限于下述1)-3)中任一种，：

技术总结
本发明公开了一种基于有机光伏电池的无线能量传递系统。所述无线能量传递系统包括激光器或LED光源、有机光伏电池和用电装置；有机光伏电池与用电装置连接；激光器或LED光源发射的光照射在有机光伏电池上，为用电装置供电；下至上，有机光伏电池包括基底、活性层和电极，基底与活性层之间和/或活性层与电极之间设有界面层。本发明采用有机光伏电池可以在较低的激光能量密度下具备较高的能量转换效率，并且有机光伏电池中不同的活性层材料具有不同的吸收光谱，可以与不同波长激光相适配，拓宽了在激光无线能量传输系统中激光的选择。

技术研发人员：侯剑辉,王亚菲,郑众
受保护的技术使用者：中国科学院化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14