自供能電致變色器件的電解質研究及器件結構探索.pdf

1、電致變色是指材料在外加電壓的作用下光學特性發(fā)生可逆變化的現(xiàn)象，在外觀上通常表現(xiàn)為顏色的變化。這一現(xiàn)象本質上是外電壓改變了材料的氧化還原狀態(tài)，而材料在氧化態(tài)和還原態(tài)下具有不同的光學特性。自供能電致變色器件是電致變色技術與染料敏化太陽能電池(DSSC)的巧妙結合，這種器件在光下無需外加電源，僅通過改變外界狀態(tài)（如兩電極間的線路狀態(tài)、光照強度等），便可實現(xiàn)對透光量的調控，這一性質使其在建筑節(jié)能領域具有廣大的發(fā)展前景。
　　本博士論文研究

2、工作共分成兩大部分。第一部分為氧化還原電解質對光電致變色器件(PECD)性能影響的探究。PECD作為自供能電致變色器件中最為經典的一類，但目前的PECD很難兼獲高的透過率差值和快速的響應時間，尤其當采用有機電致變色材料時，PECD的光學調制性能往往很難令人滿意。此外在DSSC中應用最廣泛的I-/I3-電解液由于其過深的顏色，因此并不適合應用于光電致變色器件中。本論文旨在獲得高光學調制性能的PECD，我們制備了基于釕基染料N719和高分子

3、電致變色材料聚（3，4-(2，2-二甲基丙烯二氧基)噻吩）(PProDOT-Me2)的光電致變色器件，并研究不同氧化還原電解液對器件工作性能的影響。這些電解液包括:同屬鹵族元素的Br-/Br3-電解液和I-/I3-電解液;三種鈷金屬配合物，分別是[Co(bpy)3]n+、[Co(phen)3]n+和[Co(NO2-phen)3]n+;三種有機小分子材料。我們發(fā)現(xiàn)電解液的氧化還原電位對光電致變色器件的透過率差值有很大影響。具有高氧化還原電

4、位的電解液可以氧化PProDOT-Me2薄膜使其完全褪色，從而可以大幅提升PECD在褪色態(tài)時的透過率，使器件獲得高的透過率差值。但是如果進入PProDOT-Me2薄膜中的電子不足以抗衡電解液對PProDOT-Me2的氧化作用，那么PECD將難以實現(xiàn)著色。因此，在選用高氧化還原電位的電解液時，器件具有一個合適的短路電流值還是必需的。此外，電致變色薄膜與電解液之間的電荷轉移阻抗也影響著PECD的褪色時間，阻抗越小，褪色時間越快。采用Br-/

5、Br3-電解液的PECD最終獲得了超過40％的最大透過率差值和3秒以內的著色/褪色響應時間，同時器件也表現(xiàn)出了優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　第二部分為自供能電致變色器件結構的探索。由于在PECD的結構中，電致變色部分和TiO2/染料部分是處于“面對面”的一種狀態(tài)，因此PECD在褪色態(tài)時會顯示出深色染料分子的顏色。針對這一隋況，我們首先設計了兩種可以在無色透明與深藍色之間切換的自供能電致變色器件:(1)通過將染料部分與電致變色部分在沿器件

6、厚度方向上錯開，加上使用完全無色透明的四丁基溴化銨(TBABr)電解液，最終器件可以在光照下實現(xiàn)短路著色/開路褪色，而無需外加電壓;(2)通過在同一片導電基板上集成電致變色部分與光伏部分，且兩者互不重疊，同時選用在可見光區(qū)域有高透過率的LiBr/Br2電解液，最終器件可以在光下變成深藍色，而在弱光下或暗處則呈現(xiàn)無色透明的狀態(tài)。此外，我們還提出了一種由DSSC和自擦除電致變色器件串聯(lián)構成的自供能電致變色體系，當體系中的光伏部分與自擦除電致