[发明专利]光电致变色器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电致变色器件领域，特别涉及一种光电致变色器件及其制备方法。

背景技术

夏天太阳辐射的热量主要是通过窗户进入室内的，同时人们还需要一定的阳光进入室内以满足视觉的需要。因此为了维持室内的适宜温度并满足室内光线要求，人们需要消耗大量的电能用于冷却由窗户进入室内的太阳辐射热能。电致变色窗能在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化，且耗电量较低，能按照节能和舒适的要求无机械的调控透过窗户的太阳光。由于电致变色窗具有耗能低和变色效果美观的特点，有望成为未来建筑中重要的装饰节能材料。

电致变色器件是电致变色窗发挥变色功能的重要部件，现有的电致变色器件通常为五层结构，其依次包括：第一导透明电玻璃层(TCO₁)、沉积在第一透明导电薄膜层表面的电致变色层(EC)、第二透明电玻璃层(TCO₂)、沉积在第二透明导电薄膜层表面的离子储存层(IS)和置于电致变色层和离子储存层之间的离子导电膜或电解液(IC)。电致变色层材料主要为过渡金属氧化物，最常用的为非晶态WO₃，以使用WO₃材料作为电致变色层为例，电致变色器件的变色机理如下：WO₃薄膜在褪色态是透明的，外加电场加在TCO₁和TCO₂的电极上，在电场作用下，通过TCO₁和TCO₂提供的电子和存贮在IS中的阳离子共同经IC以快离子方式传输共同注入WO₃，在电化学还原作用下，钨由正六价还原为正五价，生成蓝色的钨青铜，器件着色；当外加电场反向时，则产生于上述相反的过程，即电子和离子从着色的电致变色层内抽出，钨由正五价氧化为正六价，电致变色层褪色，由此完成一个着色-褪色的过程。

电致变色窗虽具有上述优点，但是其需要外加电源，电致变色窗和中心电源之间使用大量复杂的电线连接，由此使得电致变色窗的成本较高，安装也较为复杂。

由于染料敏化太阳能电池具有绿色环保、成本低和安装简单的特点，现有技术有将染料敏化太阳能电池与电致变色器件结合在一起制成光致电变色器件，进而进一步降低能耗、成本和简化安装。如Bechinger等在Nature报道一种光电致变色器，其是在TCO导电玻璃上镀一层纳米晶多孔TiO₂薄膜，染料吸附在TiO₂薄膜的空隙中，纳米多孔的WO₃电致变色层镀在另一面导电玻璃上作为对电极，中间充有电解液，电解液通常采用含LiI的碳酸丙烯酯。当有阳光照射时，染料分子S吸收入射的光子，由基态跃迁到激发态S^*，处于激发态的染料分子S^*将电子迅速注入到TiO₂导带上，电子通过网络结构扩散到TCO导电玻璃电极上，再通过外电路进入对电极的纳米多孔的WO₃中，生成钨青铜，器件着色。在无光时，由于电容作用，会产生与光电压相等但方向相反的电压，促使电子返回到TiO₂中，Li离子返回到电解质中，WO₃褪色。

尽管光致电变色器件无需外加电源，省去了诸多复杂的电线连接，但是现有的光致电变色器件颜色切换时间较长，循环性也较差，限制了其应用范围。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种光电致变色器件，该光电致变色器件切换时间短，并且具有较好的循环性能。

有鉴于此，本发明提供一种光电致变色器件，包括：

相应的，本发明还提供一种上述光电致变色器件的制备方法，包括：

本发明提供一种光电致变色器件，该光电致变色器件包括染料敏化电极、电致变色电极和介于染料敏化电极与电致变色电极之间的电解液。其中染料敏化电极包括：第一透明导电衬底，置于所述第一透明导电衬底表面的多孔半导体薄膜和吸附于所述多孔半导体薄膜表面的染料；电致变色电极包括依次设置的：有机多孔电致变色薄膜、铂金催化剂层和第二透明导电衬底。上述光电致变色器件中染料敏化电极相当于染料敏化电池的工作电极，电致变色器件中的Pt催化剂层和第二导电衬底同时又相当于染料敏化电池的对电极，Pt催化剂层的作用是使反应X₃^-+2e^-→3X^-更易进行，保证电解液中X^-处于较高的浓度，以使染料敏化电池具有较好的循环性能，进而保证提高光电致变色器件的循环性能。