Διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν τη λειτουργία και την απόδοση φωτοηλεκτροχρωμικών διατάξεων

• Κύριος συγγραφέας: Ντοκούζης, Αλέξανδρος-Παναγιώτης
• Άλλοι συγγραφείς: Λευθεριώτης, Γεώργιος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2017
• Θέματα: Φωτοηλεκτροχρωμικές διατάξεις; Φωτοευαισθητοποιημένες κυψελίδες; Οξείδιο του βολφραμίου; Υμένια; Ηλεκτροχρωμικά; Διοξείδιο του τιτανίου; Photoelectrochromic devices; Tungsten oxide; Smart windows; Thin films; Titanium dioxide; PEC; DSSC; 621.312 44

Οι φωτοηλεκτροχρωμικές διατάξεις αποτελούν υβρίδια των ηλεκτροχρωμικών παραθύρων και των φωτο-ευαισθητοποιημένων ηλιακών κυψελίδων. Συνδυάζουν τη ρύθμιση του ηλιασμού των κτιρίων μέσω των «έξυπνων» παραθύρων που προσαρμόζουν τη διαπερατότητά τους στις επικρατούσες συνθήκες της ηλιακής ακτινοβολίας και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Τα πλεονεκτήματά τους είναι ο «παθητικός» (χωρίς χρήση εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου) χρωματισμός και αποχρωματισμός τους, η ταχύτητα του οποίου είναι ανεξάρτητη από την επιφάνεια του παραθύρου, καθώς και η δυνατότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από την ενσωματωμένη φωτοβολταϊκή κυψελίδα. Ωστόσο οι διατάξεις που έχουν αναπτυχθεί μέχρι τώρα αντιμετωπίζουν προβλήματα σταθερότητας και είναι απαραίτητη η περαιτέρω βελτιστοποίηση τους. Στην παρούσα εργασία εξετάστηκαν οι σημαντικότεροι παράγοντες που επιδρούν στη λειτουργία και την απόδοση ολοκληρωμένων “μερικώς καλυμμένων” φωτοηλεκτρο-χρωμικών διατάξεων. Αρχικά μελετήθηκε η επίδραση που έχει το πάχος του WO3 στο χρωματισμό των συσκευών. Βρέθηκε ότι οι διατάξεις με παχύτερο υμένιο επέδειξαν βαθύτερο χρωματισμό. Ενδεικτικά, τα δείγματα με πάχη WO3 400 nm και 650 nm την ημέρα της κατασκευής τους έδωσαν λόγους χρωματισμού 4.2 : 1 και 12.0 : 1 αντίστοιχα. Στη συνέχεια εξετάστηκε η σταθερότητα των διατάξεων στο χρόνο. Οι συσκευές αποθηκεύτηκαν σε σκοτεινό θάλαμο και μετρούνταν σε τακτά χρονικά διαστήματα. Βρέθηκε ότι μετά από μια μεταβατική περίοδο 60 – 70 ημερών περίπου από την κατασκευή τους, τα δείγματα ήλθαν σε ισορροπία. Το δείγμα D3 (400nm) σταθεροποιήθηκε με λόγο χρωματισμού 1.4 : 1 ενώ το δείγμα D4 (650nm) σταθεροποιήθηκε με λόγο 1.7 : 1. Στην έρευνα αυτή βρέθηκε ότι η διάρκεια του χρόνου ζωής των συσκευών ξεπερνά το ένα έτος. Επίσης, μελετήθηκε η συμπεριφορά συσκευής με ηλεκτρολύτη σε μορφή πολυμερικής μεμβράνης πάχους 250 μm. Βρέθηκε πως η μεμβράνη μειώνει την ταχύτητα χρωματισμού λόγω της χαμηλής κινητικής των ιόντων λιθίου κι επίσης μειώνει την φ/β απόδοση λόγω της μεγάλης αντίστασης σειράς Rs. Στη συνέχεια εξετάστηκε η επίδραση της θερμοκρασίας ανόπτησης της ανόδου. Έγινε θέρμανση ανόδων με παρόμοια χαρακτηριστικά σε διαφορετικές θερμοκρασίες: 120 οC, 140 οC, 160 οC, 180 οC και 200 οC. Βρέθηκε πως με την αύξηση της θερμοκρασίας ανόπτησης δημιουργούνται πυκνές κρυσταλλικές δομές WO3 με αποτέλεσμα ο πλήρης αποχρωματισμός των συσκευών να καθυστερεί μέχρι και 30 ημέρες από την κατασκευή τους. Το δείγμα Τ200 (200 οC) διατήρησε μεγαλύτερο βάθος χρωματισμού για περίοδο τριών μηνών μετά την κατασκευή του. Η ανόπτηση στους 180 οC παρουσίασε ιδιαίτερο ενδιαφέρον καθώς έδειξε μη αναμενόμενη συμπεριφορά στον αποχρωματισμό, πιθανώς λόγω αλλαγής στη μορφολογία του υμενίου WO3. Τέλος μελετήθηκε η επίδραση της έκθεσης των διατάξεων σε πραγματικές συνθήκες ηλιασμού. Βρέθηκε πως η συνεχής λειτουργία των συσκευών σε ανοικτό κύκλωμα μειώνει τη διάρκεια της μεταβατικής περιόδου στις 30 ημέρες, χωρίς να επηρεάζεται αρνητικά η λειτουργικότητά τους.