自供能電致變色器件的電解質(zhì)研究及器件結(jié)構(gòu)探索.pdf

1、電致變色是指材料在外加電壓的作用下光學(xué)特性發(fā)生可逆變化的現(xiàn)象，在外觀(guān)上通常表現(xiàn)為顏色的變化。這一現(xiàn)象本質(zhì)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(xué)特性。自供能電致變色器件是電致變色技術(shù)與染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)的巧妙結(jié)合，這種器件在光下無(wú)需外加電源，僅通過(guò)改變外界狀態(tài)（如兩電極間的線(xiàn)路狀態(tài)、光照強(qiáng)度等），便可實(shí)現(xiàn)對(duì)透光量的調(diào)控，這一性質(zhì)使其在建筑節(jié)能領(lǐng)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(zhì)對(duì)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(jīng)典的一類(lèi)，但目前的PECD很難兼獲高的透過(guò)率差值和快速的響應(yīng)時(shí)間，尤其當(dāng)采用有機(jī)電致變色材料時(shí)，PECD的光學(xué)調(diào)制性能往往很難令人滿(mǎn)意。此外在DSSC中應(yīng)用最廣泛的I-/I3-電解液由于其過(guò)深的顏色，因此并不適合應(yīng)用于光電致變色器件中。本論文旨在獲得高光學(xué)調(diào)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(duì)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(jī)小分子材料。我們發(fā)現(xiàn)電解液的氧化還原電位對(duì)光電致變色器件的透過(guò)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(shí)的透過(guò)率，使器件獲得高的透過(guò)率差值。但是如果進(jìn)入PProDOT-Me2薄膜中的電子不足以抗衡電解液對(duì)PProDOT-Me2的氧化作用，那么PECD將難以實(shí)現(xiàn)著色。因此，在選用高氧化還原電位的電解液時(shí)，器件具有一個(gè)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(zhuǎn)移阻抗也影響著PECD的褪色時(shí)間，阻抗越小，褪色時(shí)間越快。采用Br-/

5、Br3-電解液的PECD最終獲得了超過(guò)40％的最大透過(guò)率差值和3秒以?xún)?nèi)的著色/褪色響應(yīng)時(shí)間，同時(shí)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(jié)構(gòu)的探索。由于在PECD的結(jié)構(gòu)中，電致變色部分和TiO2/染料部分是處于“面對(duì)面”的一種狀態(tài)，因此PECD在褪色態(tài)時(shí)會(huì)顯示出深色染料分子的顏色。針對(duì)這一隋況，我們首先設(shè)計(jì)了兩種可以在無(wú)色透明與深藍(lán)色之間切換的自供能電致變色器件:(1)通過(guò)將染料部分與電致變色部分在沿器件

6、厚度方向上錯(cuò)開(kāi)，加上使用完全無(wú)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(shí)現(xiàn)短路著色/開(kāi)路褪色，而無(wú)需外加電壓;(2)通過(guò)在同一片導(dǎo)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(shí)選用在可見(jiàn)光區(qū)域有高透過(guò)率的LiBr/Br2電解液，最終器件可以在光下變成深藍(lán)色，而在弱光下或暗處則呈現(xiàn)無(wú)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(gòu)成的自供能電致變色體系，當(dāng)體系中的光伏部分與自擦除電致