具獨立分離結構之電致色變層與敏化吸光層的光電極與光驅動電致色變元件

專利類型

發明

專利國別 (專利申請國家)

中華民國

專利申請案號

109139286

專利證號

I 747602

專利獲證名稱

具獨立分離結構之電致色變層與敏化吸光層的光電極與光驅動電致色變元件

專利所屬機關 (申請機關)

國立臺灣科技大學

獲證日期

2021/11/21

技術說明

現今光驅動電致色變元件(PECD)的系統受限於光電極穿透度、電致色變材料選擇、電解質種類、濃度與結構上差異的緣故，無法達到如同電致色變元件中能夠兼具高光學對比與快速的響應時間。為了進一步解決上述問題，而開發此新型結構的混合型光驅動電致色變元件(H-PECD)，為分離型光驅動電致色變元件(S-PECD)與組合型光驅動電致色變元件 (C-PECD)之結合。除了具備S-PECD中雙功能電極(可同時變色與催化電解液中的I3-)的優勢外，以光電極上的著色材料作為變色層，並藉由改良C-PECD中的光電極從原本的全覆蓋式變成部分覆蓋式，此設計巧妙地結合兩個不同製程的材料於同一個電極上，能夠避免在製作光電極時使得陰極著色材料經過高溫鍛燒程序而受到破壞。其操作機制於開路照光的情形下，光電極中的染料分子(S)接受光子能量由基態(S0)轉變為激發態(S*)，激發態的染料將電子注入半導體奈米分子中，使得染料分子被氧化(S+)，氧化態染料分子與碘離子(I-)反應回到基態，碘離子則被氧化為三碘離子(I3-)，於光電極下方的陰極著色材料接收來自染料分子的電子進行還原反應，此時電解液中的鋰離子扮演平衡電荷的角色而遷入陰極著色材料中，使其由去色態轉變為著色態；而在短路遮光的情形下，著色態的陰極著色材料會因擴散作用而被電解液氧化而去色，除此之外，於另一端的導電高分子也因為具有催化I3-還原的能力，促使變色層的去色程序加速。然而，目前國內研究皆為分離式PECD，其響應時間各別為數十秒至數分鐘，而本研究所開發的H-PECD展現出快速的響應時間，可在數秒內完成著去色並達成平衡，除了因為變色層放置於光電極底下而大幅縮短了電子傳遞路徑，其中光著色效率(Photocoloration efficiency, PhCE)亦連帶大幅提升，傳統元件的PhCE大概為20 cm2 min-1 W-1左右，而混合型PECD則高達160 cm2 min-1 W-1，以上優勢實為PECD的一大突破。

備註

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