图3 直接集成
硅太阳能电池充Li4Ti5O12 ／ LiCoO2 锂离子电池的三电极的（A）设计示意图和（B）光电充电／恒流放电循环性能。混合染料及磷酸铁锂为正极、锂金属为负极的双电极设计的（C）示意图及充电过程和 （D）充／放电电压曲线。
图4 光辅助充电集成
染料敏化的TiO2光电极与锂氧电池的氧电极集成的（A）示意图和（B）充电曲线。染料敏化太阳能电池与Li ／ LiFePO4锂离子电池集成（C）示意图和 （D）光辅助充电曲线。
图5 太阳能与液流电池的集成
基于Li2WO4 ／ LiI双相电解液的太阳能可充电氧化还原液流电池（A）示意图和（B）光电充电、恒电流放电电压曲线。双硅光电化学电池和醌／溴氧化还原液流电池的集成的（C）示意图，（D）恒流放电曲线和 （E）整体效率。
5.技术上的挑战和机遇
5．1 能量密度
传统的锂离子电池为了提高其能量密度常采用卷绕式的封装方式，而对于“太阳能电池－储能电池”集成系统是不可行的。 因为锂离子电池的封装方式影响了接受太阳能的面积。太阳能电池的数量及功率需要与储能部分相互匹配可以解决可用的PV表面积，可能的堆叠电池数量以及功率匹配需要。使用高比容量的材料做电极可以提高系统的整体能量密度，比如硅－NMC电池具有400 kW／kg 的能量密度，而且硅又是一种光伏材料，如果在集成系统里硅既可以做锂离子电极又可以做光伏电极，将是一个理想的设计。硅太阳能电池需要很高的结晶度，而嵌锂后会使硅的结晶度下降，这需要找到一个优化的平衡点。锂金属电池的研究也为提高系统的整体能量密度提供了可能。此外，据文献报道光转换材料钙钛矿已被证明具有嵌入锂离子的能力，而且在钙钛矿中掺杂锂离子对其光伏性能有积极影响，这使得钙钛矿也有可能成为集成光伏电池系统高容量的双功能材料。对于要求较高体积比能量的应用，将是比较合适的。
5．2 整体效率
图6 近年来“太阳能电池－储能电池”集成系统的效率
理想化集成系统的整体效率是太阳能转化效率与储能系统的乘积，集成系统所能达到的最大效率受限于太阳能转化效率，在现实中设计中集成系统的效率还要考虑到各种损耗。硅太阳能电池和钙钛矿电池能提供更高效的光电转化，会在集成系统中提供更好的整体效率。如果要使太阳能电池提供更大的效率，另一个需要考虑的因素是最大功率追踪（MPPT），这使得太阳能电池可以提供最大的功率。储能电池方面，需要选择最匹配的正负极以使库伦效率最大化。
5．3 稳定性
稳定性需要考虑光稳定性、电化学稳定性以及环境稳定性，这需要谨慎的选择电极材料。虽然人们在钙钛矿太阳能电池稳定性研究方面取得了可喜的进展，但是仍处于初步研究阶段，如果选择钙钛矿作为集成系统的光伏部分，还需要在钙钛矿的研究上有更大的突破才行。液体电解液的使用也不利于系统的稳定性，可以选择使用固态电解质来提高整体系统的安全性和稳定性。因为太阳能电池部分会产生热量，所以在选择储能电池电极材料的同时也要考虑其耐高温性能。
6．未来发展方向及展望
集成“太阳能电池－储能电池”系统尚处于早期研究和开发阶段。迄今为止的文献报道都着重于创新材料开发的可行性和新的设备设计，未来的研究应朝这个方向继续发展。新颖的设计需要和高容量，高效率和更稳定的材料相结合。优化集成系统可以使用以下策略，如使用能量转化以及储存双功能材料，使用大容量储能材料，最大功率跟踪，集成锂离子电容器，使用固态电解质，提高电化学电极和电解质之间的兼容性等。集成系统可以利用仿真或建模的方法，以更好地预测系统表现，为集成系统提供更好的设计方案。除此之外，未来的努力应该向将“太阳能电池－储能电池”集成系统与诸如传感器网络，可穿戴设备和电子设备等实际应用相结合。虽然目前“太阳能电池－储能电池”集成系统的商业化还有很长的路要走，但其发展将大大受益于目前光伏和电池领域的飞速进展。其未来的发展方向也将从最初的针对低功耗、紧凑的应用，进而向大规模能源应用发展。
