自供能电致变色器件的电解质研究及器件结构探索
本文关键词：自供能电致变色器件的电解质研究及器件结构探索 出处：《中国科学技术大学》2017年博士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：电致变色是指材料在外加电压的作用下光学特性发生可逆变化的现象,在外观上通常表现为颜色的变化。这一现象本质上是外电压改变了材料的氧化还原状态,而材料在氧化态和还原态下具有不同的光学特性。自供能电致变色器件是电致变色技术与染料敏化太阳能电池(DSSC)的巧妙结合,这种器件在光下无需外加电源,仅通过改变外界状态(如两电极间的线路状态、光照强度等),便可实现对透光量的调控,这一性质使其在建筑节能领域具有广大的发展前景。本博士论文研究工作共分成两大部分。第一部分为氧化还原电解质对光电致变色器件(PECD)性能影响的探究。PECD作为自供能电致变色器件中最为经典的一类,但目前的PECD很难兼获高的透过率差值和快速的响应时间,尤其当采用有机电致变色材料时,PECD的光学调制性能往往很难令人满意。此外在DSSC中应用最广泛的I-/13-电解液由于其过深的颜色,因此并不适合应用于光电致变色器件中。本论文旨在获得高光学调制性能的PECD,我们制备了基于钌基染料N719和高分子电致变色材料聚(3,4-(2,2-二甲基丙烯二氧基)噻吩)(PProDOT-Me2)的光电致变色器件,并研究不同氧化还原电解液对器件工作性能的影响。这些电解液包括:同属卤族元素的Br-/Br3-电解液和I-/I3-电解液;三种钴金属配合物,分别是[Co(bpy)3]n+、[Co(phen)3]n+和[Co(NO2-phen)3]n+;三种有机小分子材料。我们发现电解液的氧化还原电位对光电致变色器件的透过率差值有很大影响。具有高氧化还原电位的电解液可以氧化PProDOT-Me2薄膜使其完全褪色,从而可以大幅提升PECD在褪色态时的透过率,使器件获得高的透过率差值。但是如果进入PProDOT-Me2薄膜中的电子不足以抗衡电解液对PProDOT-Me2的氧化作用,那么PECD将难以实现着色。因此,在选用高氧化还原电位的电解液时,器件具有一个合适的短路电流值还是必需的。此外,电致变色薄膜与电解液之间的电荷转移阻抗也影响着PECD的褪色时间,阻抗越小,褪色时间越快。采用Br-/Br3-电解液的PECD最终获得了超过40%的最大透过率差值和3秒以内的着色/褪色响应时间,同时器件也表现出了优秀的循环稳定性。第二部分为自供能电致变色器件结构的探索。由于在PECD的结构中,电致变色部分和Ti02/染料部分是处于"面对面"的一种状态,因此PECD在褪色态时会显示出深色染料分子的颜色。针对这一情况,我们首先设计了两种可以在无色透明与深蓝色之间切换的自供能电致变色器件:(1)通过将染料部分与电致变色部分在沿器件厚度方向上错开,加上使用完全无色透明的四丁基溴化铵(TBABr)电解液,最终器件可以在光照下实现短路着色/开路褪色,而无需外加电压;(2)通过在同一片导电基板上集成电致变色部分与光伏部分,且两者互不重叠,同时选用在可见光区域有高透过率的LiBr/Br2电解液,最终器件可以在光下变成深蓝色,而在弱光下或暗处则呈现无色透明的状态。此外,我们还提出了一种由DSSC和自擦除电致变色器件串联构成的自供能电致变色体系,当体系中的光伏部分与自擦除电致变色器件之间线路连通时,自擦除电致变色器件变成深色态;当体系中的光伏部分与自擦除电致变色器件之间线路断开时,自擦除电致变色器件自动回复到透明态。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN383.1;TB34
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本文编号：1350992
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