全固态电致变色智能窗

时间：2022-11-16

在建筑耗能中，20~40%的能量都用于热调控，随着能源短缺情况越来越严重，对于智能窗的需求也更加迫切。电致变色材料在电场作用下具有光吸收透过的调节性，选择性地吸收或反射外界的热辐射和内部的热的扩散，从而降低建筑耗能。全固态电致变色器件制备技术是其中较有应用潜力的一种技术，因其循环稳定性好，质量轻，可连续生产等优势，在智能窗领域展现出了巨大的应用前景。

（1）晶态可控WO3薄膜制备

氧化钨作为常用的阴极电致变色层，其性能好坏直接决定了器件的性能，晶态（具有高度有序的结构）氧化钨具有稳定的循环性能，但是其着/褪色响应速度较慢；非晶态（具有低度有序的结构）氧化钨具有较快的着/褪色响应速度，但是其循环稳定性不太理想，如何获得具有集成非晶态和晶态氧化钨优点的特殊结构的氧化钨膜层成为亟待解决的研究问题。

团队采用磁控溅射方式通过调整制备过程中的基底温度制备了具有可控结晶度的氧化钨薄膜，很好地解决了上述问题。薄膜在近红外区域具有优异的电致变色性能，在1000 nm波长处，薄膜的初始透过率调节范围为72.5%，着/褪色响应时间分别为5.3 s / 3.0 s，同时薄膜具有良好的循环稳定性。这一工作提供了一个新的有效的思路来提高氧化钨变色层的性能。

图1. 晶态可控WO3薄膜结构示意图与变色性能

这一成果近期发表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering上[1]，文章的**作者是哈尔滨工业大学博士研究生赵英明。

（2）锂离子容量与全固态器件研究

锂电解质在电致变色器件中起着重要作用，但目前对全固态器件中锂含量与电致变色层容量匹配的研究较少。团队采用蒸发法制备了不同Li厚度的锂化WO3薄膜，研究了Li厚度对WO3薄膜光学性能的影响，同时计算了WO3在液体电解质中的储锂容量。结果表明，蒸发法制备450 nm WO3薄膜时，锂的较佳厚度为42 nm。采用较佳Li厚度制备的全固态电致变色器件glass / ITO / NiO / ZrO2 / Li / WO3 / ITO具有较大的光透过率调制（680 nm时为 ** .9%，550 nm时为52.5%），较高的着色效率（550 nm处106.6 cm2/C）和良好的循环稳定性（4000次循环后较大光调制保留率为98%）。

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