High-performance Electro-optical Dual-control Color-changing Devices Based on WO3/Ag and TiO2/NiO/CdS Composite Electrodes

doi:10.7503/cjcu20230203

Abstract

Abstract:

Electrochromic technology has been widely used in the field of smart windows， but the electrochromic process still needs to be completed by applying an external voltage. The electro-optical dual-control color-changing device constructed by combining electrochromic devices with solar cells does not require external power supply to achieve smart color-changing control. The color-changing cathode and photoanode with excellent performance are very important for electro-optical dual-control color-changing devices. WO₃/Ag composite films were prepared by hydrothermal method combined with electrodeposition method and their electrochromic properties were studied. TiO₂/NiO/CdS composite films were prepared by hydrothermal method， electrodeposition method combined with continuous ion layer deposition method and their photoelectric conversion properties were studied. Finally， WO₃/Ag composite films and TiO₂/NiO/CdS composite films were used as color-changing cathode and photoanode， respectively， to construct electro-optical dual-control WO₃/Ag-CdS/NiO/TiO₂ color-changing devices. The WO₃/Ag-CdS/NiO/TiO₂ electro-optical dual-control color-changing device has a relatively fast optical-control response time（82.4 s/135.6 s for coloring/bleaching） and a good optical modulation range（30.4% at 630 nm）. It has a wide application prospect as a color-changing smart window in the fields of construction and automobile.

Key words: Photoelectrochromic device, Photoelectric conversion, WO₃/Ag composite film, TiO₂/NiO/CdS composite film

CLC Number:

O614

TrendMD:

LIU Chunlei, YANG Jikai, LIU Yulin, LI Siyuan, LIU Haorui. High-performance Electro-optical Dual-control Color-changing Devices Based on WO₃/Ag and TiO₂/NiO/CdS Composite Electrodes[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(10): 20230203.

Figures/Tables 12

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Sample	Q_i/Q_di/（mC·cm^-2）	Reversibility（%）	t_c/t_b（s）	T_b/T_c（%）	ΔT（%）	CE/（cm²·C^-1）
WO₃	26.25/24.46	93.18	12.8/5.2	72.2/48.4	23.8	20.06
WO₃/Ag⁃3s	40.65/38.83	95.52	10.3/4.8	71.3/45.3	26.0	24.93
WO₃/Ag⁃5s	53.99/52.46	97.16	8.8/3.2	70.6/32.5	38.1	45.42
WO₃/Ag⁃7s	50.73/48.92	96.43	9.4/3.6	69.7/40.6	29.1	31.15

Sample	Q_i/Q_di/（mC·cm^-2）	Reversibility（%）	t_c/t_b（s）	T_b/T_c（%）	ΔT（%）	CE/（cm²·C^-1）
WO₃	26.25/24.46	93.18	12.8/5.2	72.2/48.4	23.8	20.06
WO₃/Ag⁃3s	40.65/38.83	95.52	10.3/4.8	71.3/45.3	26.0	24.93
WO₃/Ag⁃5s	53.99/52.46	97.16	8.8/3.2	70.6/32.5	38.1	45.42
WO₃/Ag⁃7s	50.73/48.92	96.43	9.4/3.6	69.7/40.6	29.1	31.15

Sample	V_OC/V	J_SC/（mA·cm^-2）	FF	η（%）
TiO₂/CdS	0.85	0.29	0.18	0.088
TiO₂/NiO⁃5s/CdS	0.86	0.35	0.23	0.138
TiO₂/NiO⁃10s/CdS	0.86	0.62	0.36	0.362
TiO₂/NiO⁃15s/CdS	0.87	0.46	0.28	0.224

Sample	V_OC/V	J_SC/（mA·cm^-2）	FF	η（%）
TiO₂/CdS	0.85	0.29	0.18	0.088
TiO₂/NiO⁃5s/CdS	0.86	0.35	0.23	0.138
TiO₂/NiO⁃10s/CdS	0.86	0.62	0.36	0.362
TiO₂/NiO⁃15s/CdS	0.87	0.46	0.28	0.224

Sample	V_OC/V	J_SC/（mA·cm^-2）	FF	η（%）
WO₃⁃CdS/TiO₂	0.76	0.18	0.11	0.032
WO₃/Ag⁃CdS/TiO₂	0.75	0.21	0.13	0.041
WO₃⁃CdS/NiO/TiO₂	0.74	0.36	0.19	0.102
WO₃/Ag⁃CdS/NiO/TiO₂	0.76	0.38	0.21	0.124

High-performance Electro-optical Dual-control Color-changing Devices Based on WO₃/Ag and TiO₂/NiO/CdS Composite Electrodes

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Sample	t_c/t_b（s）		T_b/T_c	ΔT	CE/（cm²·C^-1）
Sample	Electrical⁃control response	Optical⁃control response	（%）	（%）	Electrical⁃control	Optical⁃control
WO₃⁃CdS/TiO₂	13.5/5.8	152.2/210.3	60.5/40.3	20.2	15.51	15.33
WO₃/Ag⁃CdS/TiO₂	10.8/4.2	108.9/156.5	59.3/32.4	26.9	23.32	22.96
WO₃⁃CdS/NiO/TiO₂	11.9/5.3	115.3/167.2	59.7/36.6	23.1	18.26	17.65
WO₃/Ag⁃CdS/NiO/TiO₂	10.3/3.6	82.4/135.6	58.6/28.2	30.4	29.38	28.32

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