南方科大《Nature Commun》：钙钛矿又被玩出了新花样！

编辑推荐：本文报道和组装了一种新型钙钛矿太阳能电池驱动的一体化凝胶电致变色器件，以实现自动调光。该组合器件能够通过有色和无色状态之间调控，对周围光线的强度变化而实时和快速的变化，从而在现代化智能玻璃中具有广泛应用前景。

随着现代建筑和汽车冷却需求的增加导致能源消耗增加，因此迫切需要开发新技术来有效地调节住宅和周围环境之间的光-热流动。智能电致变色(EC)窗口提供了一个有前途的方法，因为它们可以对潜在的偏差作出反应，透射率变化很快。虽然这种方法取得了显著的节能效果，但对外部电源的依赖导致电致变色器件光调制的响应滞后。为了解决这个问题，最近已经开始研究了自供电电致变色器件。然而，对周围光线的不敏感性和电致变色器件不令人满意的稳定性阻碍了它们的关键应用。

南方科技大学田颜清、苏峰育和刘言军等人报道和组装了一种新颖的钙钛矿太阳能供电的一体化凝胶型电致变色器件，随后研究了其能够实现自动光适应。相关论文以题为“Automatic light-adjusting electrochromic device powered by perovskite solar cell”发表在Nature Communications上。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-21086-7

研究结果表明，基于DPV的电子捕获检测器随着光强的变化表现出透明的深蓝颜色，而基于MPV的电子捕获检测器根据光强表现出透明的蓝品红颜色。实现了高光学对比度、优异的光敏性和优异的稳定性。此外，能量收集、存储和光调节可以敏感地改变对周围光的实时响应。当阳光较强时，PSC收集的能量较多，使EC进入暗状态，EC允许较少的太阳辐射进入建筑物，因此室内的人在弱光下比室外更舒适；另一方面，当阳光较弱时，PSC收集的能量较少，使EC进入相对明亮的状态，EC可以允许更多的太阳辐射进入建筑物，这样室内的人在更明亮的光线下会感到更舒适。此外，研究人员还可以通过ECDs的颜色和色度来评估光密度和存储功率，储存的电能成功地为LED提供了电源。这些结果表明，PSC供电的ECD在全天候智能窗帘和高级电子显示器上有着巨大的应用潜力。然而，考虑到DPV和MPV的潜在毒性，PSC驱动的ECD在现代建筑和汽车中的应用需要严格的密封工作。

研究人员为了开发长期稳定、动态可调和多色的智能电子捕获检测器，合成了两种包含MOV和DPV的单炔基取代紫精，合成路线如图1所示。引入的炔基将与缺电子类建立供体-受体相互作用，甚至包括由著名的Sonogashira偶联反应和最近报道的可见光诱导的自由基炔基迁移反应激发的自由基。

图1 MPV和DPV的合成路线。

作为概念证明，凝胶型ECD与PSC集成在一起，用于自动调光。PSC因其光电转换效率高、成本低、装配技术成熟而被选为能量采集器和光探测器。组合装置的工作原理图如图2所示。PSC供电的ECD可以根据周围的太阳光强度实时自动改变颜色，充电后的ECD可以作为ECS（电致变色超级电容器）提供其他能耗显示。

图2 PSCs供电的ECS器件结构及工作原理示意图。

为了检测PSC驱动的ECD的光敏性，研究人员研究了不同光密度下的紫外-可见光谱的变化，并监测了自然光下的颜色变化。如图4a，e所示，随着光密度的减弱，整个可见光透过率逐渐增大。

图3基于DPV和MPV的PSC动力电子控制系统的性能。

图4 PSC供电的ECD在不同光照强度下的比色测试。

总的来说，研究人员成功制作了两种自供电光敏智能窗帘，分别以MPV和DPV器件为电子捕获器件，以光子晶体为能量采集器。PSC供电的ECD在全天候智能窗帘和高级电子显示器上有着巨大的应用潜力（文：8 Mile）