專利名稱：太陽光電電致變色器件的制作方法
太陽光電電致變色器件方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電致變色器件(electrochromic device, ECD)，特別是涉 及一種太陽光電電致變色器件(solar photovoltaic electrochromic device)。背景技術(shù)：
所謂的電致變色器件是由導(dǎo)電物質(zhì)組成的、可通過施加電場或電流？ 1 起可逆的氧化/還原(redox)反應(yīng)而產(chǎn)生顏色變化的器件，電致變色器件的 制作需滿足下列幾種特性，包括不同電位下所呈現(xiàn)的顏色必須能夠很容 易分辨，顏色的變化快速且均一，器件顏色的可逆變化需能夠重復(fù)上萬次 以上，以及穩(wěn)定性高。常見的電致變色器件包括表面限制薄膜型(surface confined thin film)電致變色器件以及溶液型電致變色器件。表面限制薄膜型電致變色器件的結(jié)構(gòu)是由上、下兩層透明基材加上位 于其間的電致變色多層膜所組成。其中電致變色多層膜類似于電池的結(jié)構(gòu)， 至少含有五層不同功能的涂/鍍層。上述五層涂/鍍層依次為透明導(dǎo)電層、電 致變色層、電解質(zhì)層、離子儲(chǔ)存層以及透明導(dǎo)電層。溶液型電致變色器件 的結(jié)構(gòu)則比較簡單，由上、下兩個(gè)透明導(dǎo)電基材組成，通過環(huán)氧樹脂膠以 電極層相向的方式貼合兩面基材，其間配置電致變色有機(jī)溶液，溶液的成 分包含氧化或還原型電致變色有機(jī)小分子材料、高分子電解質(zhì)以及溶劑。雖然電致變色技術(shù)歷經(jīng)多年的研究，但至今只有電致變色后視鏡被商 業(yè)化，其它大面積電致變色器件100仍然無法有效地克服變色不均勻的虹 膜效應(yīng)(iris effect)，如圖1所示。這樣的現(xiàn)象可以圖2作說明，在圖2中 顯示一般電致變色器件200，其由兩面透明導(dǎo)電基材210與夾在兩透明導(dǎo)電 基材210之間的電致變色溶液220組成。通電時(shí)電源分別從兩面透明導(dǎo)電 基材210的電極230四周供應(yīng)，^f旦由于電致變色器件200平面中心與邊緣 的電場路徑長短不同，造成邊緣區(qū)域和中心區(qū)域之間的阻抗有明顯的差異。 而阻抗的差異 導(dǎo)致如圖1所示，變色濃度由邊緣起至中心區(qū)域呈現(xiàn)同心 橢圓形梯度變化，影響變色效果的均勻度。為拓展電致變色技術(shù)的應(yīng)用范圍，已有多項(xiàng)結(jié)合光電技術(shù)與太陽能電 池的相關(guān)研究提供了更多樣化的方向。例如整合在建筑物內(nèi)的太陽能電池(building integrated photovoltaic, BIPV)可以配合電至丈變色4支術(shù)，在不用 額外提供電源的情況下，根據(jù)室內(nèi)外光照強(qiáng)度的變化，自動(dòng)調(diào)整電致變色 窗顏色的深淺，減少室內(nèi)熱能。由于節(jié)能意識的抬頭，此應(yīng)用方法已成為 一種新的趨勢。例如美國專利US 5，377，037揭示了一種整合了硅薄膜太陽能電池與變 色物質(zhì)的電致變色器件。其結(jié)構(gòu)為在兩面透明導(dǎo)電玻璃基材之間，依次設(shè) 置堆棧型(tandem)結(jié)構(gòu)的硅薄膜太陽能電池、電致變色器件以及電解質(zhì)層。 最后并以分壓器電阻串聯(lián)位于堆棧結(jié)構(gòu)兩面最外層的透明導(dǎo)電玻璃基材， 以控制調(diào)整硅薄膜太陽能電池作用時(shí)驅(qū)動(dòng)電致變色器件的電壓，故無須外 部電源即可控制變色。然而，此兩面電極結(jié)構(gòu)雖可整合電致變色器件與太 陽能電池，但由于無機(jī)材質(zhì)變色所需的電荷密度(chargedensity)相當(dāng)大，需 要比較大的電壓來驅(qū)動(dòng)變色，無可避免需應(yīng)用4交厚的本質(zhì)層(intrinsic layer)，來提高光電轉(zhuǎn)換效率，甚至應(yīng)用多層堆棧(tandem)以提高硅薄膜太 陽能電池的開路電壓(Voc)。如此硅薄膜太陽能電池的透射比便因而降低。 另外，由于電源由電4及邊緣供應(yīng)，仍然會(huì)有虹膜效應(yīng)發(fā)生。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種太陽光電電致變色器件，具有均勻地改變顏色的效果， 并具有較高的透射比(transmittance )。本發(fā)明提供一種太陽光電電致變色器件，該器件包括半透明薄膜太陽 能電池基材、電致變色溶液以及透明非導(dǎo)電基材，其中，電致變色溶液位 于透明非導(dǎo)電基材與半透明薄膜太陽能電池基材之間。半透明薄膜太陽能 電池基材包括透明基材和多個(gè)薄膜太陽能電池，這些薄膜太陽能電池的正 極和負(fù)極同時(shí)作為太陽光電電致變色器件的正極及負(fù)才及。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，上述太陽光電電致變色器件還包括與各 薄膜太陽能電池相連接的輸出開關(guān)配置，以控制由薄膜太陽能電池提供的電^充iir出。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，上述薄膜太陽能電池可以并聯(lián)或串聯(lián)至 該輸出開關(guān)配置。5在本發(fā)明的另一實(shí)施方案實(shí)施例中，上述輸出開關(guān)配置還可連接至直 流/交流轉(zhuǎn)換裝置，由此將薄膜太陽能電池提供的電流轉(zhuǎn)換為市電(交流電)。 此外，上述輸出開關(guān)配置還可連接至直流電荷儲(chǔ)存裝置，以儲(chǔ)存薄膜太陽 能電池提供的直流電流。在本發(fā)明的 一種實(shí)施方案中，上述的薄膜太陽能電池例如是呈矩陣排 列或條狀排列的。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，上述的電致變色溶液的成分包括氧化/還 原型有機(jī)小分子電致變色材料以及溶劑。其中，前述氧化/還原型有機(jī)小分 子電致變色材料選自負(fù)極變色材料以及正極變色材^l"中的一種或及其組合。其中，負(fù)極變色材料例如甲基紫精(methyl viologen )、乙基紫精(ethyl viologen)、苯基紫精(benzyl viologen)或丙基紫精(propyl viologen )等； 正才及變色材泮牛例如二曱基吩漆(dimethylphenazine)或苯二胺(phenylene diamine )等。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，上述電致變色溶液中的溶劑例如碳酸異 丙烯酉旨(propylene carbonate )、碳酸亞乙酉旨(ethylene carbonate )、 y-丁內(nèi)酉旨 (y-butyrolactone )、 乙腈(acetonitrile )、四ii/夫喃(tetrahydrofUran, THF ) 或曱基吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone， NMP)等。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，上述電致變色溶液的成分還可包括堿金 屬鹽(alkali metal salt )，例如三氟曱石黃酸鋰(lithium triflate)、高氯酸鋰(lithium perchlorate )， 或四烷基接鹽(tetra alkyl ammonium salt)等。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，上述電致變色溶液的成分還可包括高分 子電解質(zhì)，例如聚環(huán)氧乙烷(polyethylene oxide)、聚環(huán)氧丙烷(polypropylene oxide)或聚曱基丙烯酸曱酯(polymethylmetha acrylate)。在本發(fā)明的另 一實(shí)施方案中，上述電致變色材3阡的氧化/還原電位例如 小于3V。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，上述半透明薄膜太陽能電池基材包括覆 板(superstrate)或底板(substrate)結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池基材。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，上述薄膜太陽能電池包括硅薄膜太陽能 電池、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池或鎘碲(CdTe)薄膜太陽能電池。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，上述太陽光電電致變色器件還包括多個(gè) 薄膜晶體管(thin film transistor, TFT),用以主動(dòng)控制薄膜太陽能電池。6本發(fā)明因采用在同 一面基板上以例如矩陣排列或條狀排列的方式分散 配置薄膜太陽能電池，可使器件變色均勻。此外，本發(fā)明因電致變色溶液 所需的氧化/還原電位較低，因此薄膜太陽能電池發(fā)電量需求降低，故可減 少太陽能電池的構(gòu)成材料或厚度，而增加整體器件的透射比。
為讓本發(fā)明上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施方案， 并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。


圖l是已知的虹膜效應(yīng)的平面示意圖。
圖2是已知的電致變色器件結(jié)構(gòu)的立體示意圖。
圖3A是依照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的一種太陽光電電致變色器
件的俯視示意圖。
圖3B是圖3A中B-B切面的剖面示意圖。
圖4是圖3B太陽光電電致變色器件的立體示意圖。
圖5是電致變色溶液的電致變色循環(huán)伏安(cyclic voltagram)曲線圖。
圖6是實(shí)驗(yàn)例所用的半透明薄膜太陽能電池基材的剖面示意圖。
圖7是依照本發(fā)明第二實(shí)施方案的一種太陽光電電致變色器件的俯視
示意圖。
圖8為依照本發(fā)明第三實(shí)施方案所示的一種太陽光電電致變色器件的 俯視示意圖。
圖9是依照本發(fā)明第四實(shí)施方案所示的一種太陽光電電致變色器件的
另一種變形的俯視示意圖。
圖IO是圖9的太陽光電電致變色器件的另一種變形的俯視示意圖。 圖ll是圖9的太陽光電電致變色器件與一種輸出開關(guān)配置之間的電路
示意圖。
圖12是圖9的太陽光電電致變色器件與另一種輸出開關(guān)配置之間的電 路示意圖。
圖13是圖9的太陽光電電致變色器件與薄膜晶體管的電路示意圖。
主要器件標(biāo)號說明
100、 200、 1100:電致變色器件210:透明導(dǎo)電基材 220、 420:電致變色溶液 230:電極
300、 300a、 300b、 300c、 300d:正才及
310、 310a、 310b、 310c、 310d:負(fù)極
400、 700、 800:半透明薄膜太陽能電池基材
402:透明基材
404:硅薄膜太陽能電池
410:透明非導(dǎo)電基材
422: P型層
424:本質(zhì)層
426: N型層
428:透明導(dǎo)電氧化物層
430:金屬層
500:太陽光
600: i皮璃基材
602、 610: ZnO:Al層
604: p型層
606: a-SiH層
608: n型層
612: Ag層
802:銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池
804: CIGS吸收層
806:緩沖層
900:輸出開關(guān)配置
1102:薄膜太陽能電池
1104:直流/交流轉(zhuǎn)換裝置
1106:開關(guān)
1108:市電
1200:直流電荷儲(chǔ)存裝置 1300:薄膜晶體管
8具體實(shí)施方式
圖3A為依照本發(fā)明第一實(shí)施方案所繪制的太陽光電電致變色器件的 俯視示意圖，圖3B為圖3A中B-B切面的剖面示意圖。
請同時(shí)參照圖3A與圖3B，本實(shí)施方案的太陽光電電致變色器件是由 半透明薄膜太陽能電池基材400、透明非導(dǎo)電基材410以及電致變色溶液 420所組成。電致變色溶液420位于半透明薄膜太陽能電池基材400與透明 非導(dǎo)電基材410之間，而組成一種單面導(dǎo)電基材的太陽光電電致變色器件。 如圖4所示，半透明薄膜太陽能電池基材400為一種覆板(superstrate )結(jié) 構(gòu)的薄膜太陽能電池基材，包括透明基材402與多個(gè)硅薄膜太陽能電池404, 其中透明基材402的材料為例如玻璃、塑料或其它適合的透明可撓性基材。 透明非導(dǎo)電基材410的材料則例如是玻璃、塑料或可撓性基材。至于硅薄 膜太陽能電池404是由例如正極300、 P型層422、本質(zhì)層424、 N型層426 以及負(fù)極310組成。其中正極300的材料例如透明導(dǎo)電氧化物(transparent conductive oxide, TCO )。負(fù)極310則可包括一層透明導(dǎo)電氧化物層428及 一層金屬層430，且負(fù)極310的透明導(dǎo)電氧化物層428直接接觸N型層426。
在本實(shí)施方案中，電致變色溶液420的成分例如有氧化/還原型有機(jī)小 分子電致變色材料以及溶劑，而形成一種溶液。其中氧化/還原型有機(jī)小分 子電致變色材料例如是選自負(fù)極變色材料以及正極變色材料中的一種或及 其組合。前述負(fù)極變色材料例如曱基紫精、乙基紫精、苯基紫精或丙基紫 精等；正極變色材料例如二甲基吩。秦或苯二胺等，且其氧化/還原電位皆小 于3V。此外，電致變色溶液420的成分還可包括石成金屬鹽，例如三氟甲基 磺酸鋰、高氯酸鋰或四烷基銨鹽等。另外，在電致變色溶液420中還包括 適當(dāng)添加量的高分子電解質(zhì)，以提高電致變色溶液420的黏度；例如聚環(huán) 氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷或聚甲基丙烯酸曱酯等。而電致變色溶液420中的溶 劑則例如碳酸異丙烯酯、碳酸亞乙酯、Y-丁內(nèi)酯、乙腈、四氫呋喃或曱基吡 咯烷酮。
上述正極300與負(fù)極310不但是硅薄膜太陽能電池404的正極與負(fù)極， 也同時(shí)作為本實(shí)施例的太陽光電電致變色器件的正極與負(fù)極。如圖4所示， 其為圖3B的太陽光電電致變色器件的立體示意圖，當(dāng)太陽光500由半透明 薄膜太陽能電池基材400表面進(jìn)入太陽光電電致變色器件時(shí)，薄膜太陽能電池(請見圖4的404)立刻產(chǎn)生電子-空穴對。在發(fā)電狀態(tài)下薄膜太陽能電 池所產(chǎn)生的電流，經(jīng)由正極300與負(fù)極310被輸送到電致變色溶液420里， 使原本處于透明無色狀態(tài)的電致變色溶液420發(fā)生氧化/還原反應(yīng)，此時(shí)的 正極300、負(fù)極310以及電致變色溶液420即組成電致變色器件。在負(fù)極 310處獲得薄膜太陽能電池所釋放的電子后，負(fù)極變色材料發(fā)生還原反應(yīng)并 變色。而正極變色材料在正極300處獲得薄膜太陽能電池所釋放的空穴而 發(fā)生氧化反應(yīng)并變色。
當(dāng)太陽光強(qiáng)度減弱，薄膜太陽能電池所產(chǎn)生的電子、空穴漸漸變少， 太陽光電電致變色器件的驅(qū)動(dòng)電壓逐漸消失，在負(fù)極310表面的負(fù)極變色 材料即從有色還原態(tài)逐步褪色，而變回透明呈無色氧化態(tài)。在正極300表 面的正極變色材料從有色氧化態(tài)逐步褪色，而變成透明無色還原態(tài)。而由 于薄膜太陽能電池產(chǎn)生的電流在電致變色溶液420中^L轉(zhuǎn)換成離子流，因 此通電后，雖然正極300、負(fù)極310同時(shí)接觸電致變色溶液420,但并不會(huì) 有短路問題發(fā)生。為了達(dá)到電致變色時(shí)正負(fù)極的氧化/還原反應(yīng)電荷平衡， 正極300與負(fù)極310的面積比率要接近。
在本實(shí)施方案中，電致變色溶液420僅需低電壓低電流即可驅(qū)動(dòng)變色。 舉例來說，可先將0.05克的曱基紫精二氯化物溶于5毫升純水內(nèi)，并充分 攪拌以配成均勻無色的電致變色溶液。上述曱基紫精二氯化物是指U，-二 曱基_4,4，-聯(lián)吡咬鑰二氯化物(1,1，-dimethyl-4,4，-bipyridinium dichloride )，其 結(jié)構(gòu)式如下所示
ci曙 ci-
H3C-、 》~、 々N+-CH3
接著，將此電致變色溶液涂布在面積2cm x 2cm銦錫氧化物(indium tin oxide, ITO)導(dǎo)電玻璃基材上，再覆蓋上另一面銦錫氧化物導(dǎo)電玻璃基材， 組成電致變色器件。將此電致變色器件的正、負(fù)極接到電化學(xué)分析儀，由-lV 到3V進(jìn)行循環(huán)伏安(cyclic voltammogram, CV)掃描。其掃瞄結(jié)果如圖5循 環(huán)伏安曲線圖所示，在+0.16V處就開始產(chǎn)生還原反應(yīng)。 一般有機(jī)小分子的 氧化/還原電位都相當(dāng)?shù)?，以紫精類?fù)極變色材料為例，電荷密度達(dá)2mC/cm2 已足于產(chǎn)生明顯的彩色對比。
請?jiān)俣葏⒄請D3B，由于電致變色溶液420的氧化/還原電位不高，以及
10變色所需的電荷密度不高，因此當(dāng)薄膜太陽能電池404的效能足以發(fā)生電致變色時(shí)，可單獨(dú)由透明導(dǎo)電氧化物層428構(gòu)成負(fù)極310，而且本質(zhì)層424的厚度可以降低，使整體太陽光電電致變色器件的透射比增加。
以下通過實(shí)驗(yàn)例來證實(shí)本實(shí)施方案的太陽光電電致變色器件的可行性。
實(shí)驗(yàn)例1
先準(zhǔn)備透明玻璃基材。另外將0.05克高氯酸鋰以及0.05克曱基紫精(1,1，-dimethyl-4，4，-bipyridinium dichloride, 1，1，-二曱基畫4,4,隱聯(lián)吡咬鑰二氯化物)溶于5毫升純水內(nèi)，并攪拌配成均勻透明無色的電致變色溶液。將該電致變色溶液涂布于上述透明玻璃基材上，再將面積為15 cm x 15 cm的半透明薄膜太陽能電池基材以環(huán)氧樹脂膠貼合于透明玻璃基材。其中所使用的是硅薄膜太陽能電池，且硅薄膜太陽能電池呈矩陣排列，單一矩陣面積約為0.25cm2。而上述環(huán)氧樹脂膠的厚度約為0.5厘米，并混合有玻璃球作為間隙物，使兩個(gè)基材產(chǎn)生一定的間距。
其中，所用的半透明薄膜太陽能電池基材可以采用濺射方法形成在15cmx 15cm的玻璃基材上生長一層透明導(dǎo)電層，再以電漿輔助化學(xué)氣相沉積法再透明導(dǎo)電玻璃層上進(jìn)行硅薄膜的連續(xù)鍍膜，最后在硅薄膜層上沉積透明導(dǎo)電層以及金屬鍍膜。再以532nm脈沖激光將上述部分硅薄膜鍍層剝除，得到矩陣狀的硅薄膜太陽能電池，其中負(fù)極方塊為面積等于0.5cmx0.5cm的硅薄膜鍍層，方塊以外的區(qū)域皆為正極，且負(fù)極方塊與負(fù)極方塊之間的間隔為0.2cm，總負(fù)極方塊數(shù)目為196個(gè)。其結(jié)構(gòu)如圖6所示，包括面積為15 x 15 cm2的玻璃基材600;作為正極的ZnO:Al層602，其厚度為10nm; p型層604，其厚度為30nm;作為本質(zhì)層的a-SiH層606,其厚度為450nm; n型層608,其厚度為30nm; 80nm厚的ZnO:Al層610和300nm厚的Ag層612，兩者構(gòu)成負(fù)極。
半透明薄膜太陽能電池的開路電壓Voc為0.6 V，電流密度Jsc為5mA/cm2以及Pmax為0.5 mW。因此，當(dāng)太陽光照射太陽光電電致變色器件時(shí)，在30秒鐘時(shí)間內(nèi)，電致變色溶液在負(fù)極的正下方開始產(chǎn)生變色，由透明無色逐漸變成淺藍(lán)色，再變成深藍(lán)色。當(dāng)太陽光停止照射，太陽光電電致變色器件在15秒內(nèi)又恢復(fù)變成透明色。
ii實(shí)驗(yàn)例2
先準(zhǔn)備透明玻璃基材。另外將0.05克5,10-二氫-5,10-二甲基吩嗪(5,10-dihydro-5,10-dimethyl phenazine)溶于5毫升碳酸異丙烯酉旨(propylenecarbonate)溶劑內(nèi)，并攪拌配成均勾透明無色的電致變色溶液。將該電致變色溶液涂布于上述透明玻璃基材上，再將面積為15 cm x 15 cm的半透明薄膜太陽能電池基材以環(huán)氧樹脂膠貼合于透明玻璃基材。其中所使用的是呈矩陣排列的硅薄膜太陽能電池，單一矩陣面積約為0.25cm2，其結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。而上述環(huán)氧樹脂膠的厚度約為0.5厘米，并混合有玻璃球作為間隙物，使兩個(gè)基材產(chǎn)生一定的間距。
半透明薄膜太陽能電池的開路電壓Voc為0.62V,電流密度Jsc為5.2mA/cn^以及Pmax為0.55 mW。因此，當(dāng)太陽光照射太陽光電電致變色器件時(shí)，在40秒鐘時(shí)間內(nèi)，電致變色溶液在正極的正下方開始產(chǎn)生變色，由透明淺黃色逐漸變成黃色，再變成綠色。當(dāng)太陽光停止照射，太陽光電電致變色器件在20秒內(nèi)又恢復(fù)變成透明淺黃色。
圖7為依照本發(fā)明第二實(shí)施實(shí)施方案所示的一種太陽光電電致變色器件的俯視示意圖，其中使用與第一實(shí)施方案相同的標(biāo)號來代表相同的部件。請參照圖7,第二實(shí)施方案的太陽光電電致變色器件是由半透明薄膜太陽能電池基材700、電致變色溶液420、透明非導(dǎo)電基材410所組成。上述半透明薄膜太陽能電池基材700為一種底板(substrate)結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池基材(太陽光500從透明非導(dǎo)電基材410入射)，包括硅薄膜太陽能電池404和透明基材402。至于硅薄膜太陽能電池404是由負(fù)才及310、 N型層426、本質(zhì)層424、 P型層422以及正極300組成。其中正極300的材料為例如透明導(dǎo)電氧化物(TCO),負(fù)極310則可包括一層透明導(dǎo)電氧化物層428及位于N型層426與透明導(dǎo)電氧化物層428之間的金屬層430。由于半透明薄膜太陽能電池基材700屬于底板結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池基材，所以電致變色溶液420的變色情況有可能影響硅薄膜太陽能電池404產(chǎn)生電的條件，因此第二實(shí)施方案的太陽光電電致變色器件可應(yīng)用于需要循環(huán)式變色的器件。
圖8為依照本發(fā)明第三實(shí)施方案所示的一種太陽光電電致變色器件的俯視示意圖，其中使用與第二實(shí)施方案相同的標(biāo)號來代表相同的部件。請參照圖8，第三實(shí)施方案的太陽光電電致變色器件與第二實(shí)施方案最大的差異在于，半透明薄膜太陽能電池基材800包括透明基材402與多個(gè)銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池802，其中CIGS薄膜太陽能電池802是由例如正極300、 CIGS吸收層(absorber layer)804、緩沖層(buffer layer)806以及負(fù)極310組成。其中正極300與負(fù)極310的材料為例如透明導(dǎo)電氧化物(TCO)。此夕卜，鎘碲(CdTe)薄膜太陽能電池同樣適用于第三實(shí)施方案的薄膜太陽能電池。
圖9為依照本發(fā)明第四實(shí)施方案所示的一種太陽光電電致變色器件的俯視示意圖。請參照圖9，本實(shí)施方案的太陽光電電致變色器件除了上述各實(shí)施方案中的半透明薄膜太陽能電池基材(如圖4的400、圖7的700、圖8的800)、電致變色溶液(如圖4的420)以及透明非導(dǎo)電基材(如圖4的410)之外，還包括與薄膜太陽能電池(如圖4的404、圖8的802等)相連接的輸出開關(guān)配置900，藉由連接其正極300與負(fù)極310來控制薄膜太陽能電池404的電流輸出。有關(guān)本實(shí)施方案的太陽光電電致變色器件中的構(gòu)件，可參照上面實(shí)施方案所描述，故不再贅述。
而圖9所示的是以并聯(lián)方式連接的形式，其中薄膜太陽能電池的正極300是連接輸出開關(guān)配置卯0的連續(xù)膜，且正極300與呈條狀排列的負(fù)極310a、 310b、 310c以及310d分別連接到輸出開關(guān)配置900。
有關(guān)輸出開關(guān)配置900的連接方式除圖9的并聯(lián)方式外，還可采取如圖10所示的串聯(lián)方式，將不連續(xù)的正極300b、 300c以及300d與另一薄膜太陽能電池的負(fù)極310a、 310b、 310c連接，再將正極300a與負(fù)極310d連接至輸出開關(guān)配置900。
上述的輸出開關(guān)配置900可采用各種現(xiàn)有技術(shù)。舉例來說，圖ll與圖12分別顯示圖9的太陽光電電致變色器件與不同的輸出開關(guān)配置之間的電路示意圖。
請參照圖11， 1100代表圖9(或圖IO)的太陽光電電致變色器件中的電致變色器件，其與薄膜太陽能電池1102被連接至直流/交流轉(zhuǎn)換裝置(DC/AC inverter) 1104,當(dāng)開關(guān)1106連接時(shí)，由薄膜太陽能電池1102提供的電流會(huì)轉(zhuǎn)換為市電1108 (即交流電)，供應(yīng)一般交流電器使用。
此外，請參照圖12,電致變色器件1100與薄膜太陽能電池1102也可選擇被連接至直流電荷儲(chǔ)存裝置1200 (蓄電裝置)，藉以儲(chǔ)存薄膜太陽能電池1102提供的直流電，供應(yīng)一般直流電器使用。當(dāng)開關(guān)1106連接時(shí)，電致變色器件1100就會(huì)變暗。
此外，圖9(或圖IO)的太陽光電電致變色器件更可以配合運(yùn)用薄膜晶體管(thin film transistor, TFT)技術(shù)，在半透明薄膜太陽能電池基材上配置薄膜晶體管1300,其電路圖如圖13所示，以主動(dòng)控制薄膜太陽能電池1102，藉以控制電致變色器件1100變色與否。
綜上所述，本發(fā)明至少包括以下特點(diǎn)
1. 本發(fā)明的太陽光電電致變色器件所產(chǎn)生的電流在電致變色溶液中會(huì)被轉(zhuǎn)換成離子流，因此通電后，雖然正、負(fù)極同時(shí)接觸，并不會(huì)有短路問題。
2. 由于本發(fā)明的太陽光電電致變色器件中的電極并非如傳統(tǒng)電致變色器件那樣，電源由電極邊緣供應(yīng)，而可依所需平均散布于整面的半透明薄膜太陽能電池基材中，因此可形成均勻的電場，讓電致變色溶液在不同區(qū)域有相同的變色程度，避免虹膜效應(yīng)的發(fā)生。
3. 本發(fā)明的太陽光電電致變色器件由于選用的氧化/還原型有機(jī)小分子電致變色材料其氧化/還原電位小于1.5 V ,具低電壓低電流即可驅(qū)動(dòng)的特性。因此薄膜太陽能電池的本質(zhì)層厚度可減少，而單獨(dú)由透明導(dǎo)電氧化物層作為負(fù)極，以增加器件的光線透射比，擴(kuò)大此器件的應(yīng)用范圍，更可以降低器件的制造成本。 .
4. 本發(fā)明的太陽光電電致變色器件也可以包含輸出開關(guān)配置，并通過它連接包括直流/交流轉(zhuǎn)換裝置以及直流電荷儲(chǔ)存裝置，以利用器件產(chǎn)生的電流供應(yīng)交流電器以及直流電器，為現(xiàn)今能源的短缺情況增加 一種電力的來源。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施方案揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，可以做某些變化與改進(jìn)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以所附權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
1權(quán)利要求
1.太陽光電電致變色器件，其包括透明非導(dǎo)電基材；半透明薄膜太陽能電池基材，所述半透明薄膜太陽能電池基材包括透明基材與多個(gè)薄膜太陽能電池，其中所述多個(gè)薄膜太陽能電池的正極和負(fù)電極同時(shí)作為所述太陽光電電致變色器件的正極和負(fù)極；以及電致變色溶液，所述電致變色溶液位于所述透明非導(dǎo)電基材和所述半透明薄膜太陽能電池基材之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光電電致變色器件，還包括與所述多個(gè) 薄膜太陽能電池相連接的輸出開關(guān)配置，以控制由所述多個(gè)薄膜太陽能電 池提供的電流輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽光電電致變色器件，其中所述多個(gè)薄膜 太陽能電池包括并聯(lián)或串聯(lián)至所述輸出開關(guān)配置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽光電電致變色器件，其中所述輸出開關(guān) 配置還包括連接至直流/交流轉(zhuǎn)換裝置，借以將所述多個(gè)薄膜太陽能電池提 供的電流轉(zhuǎn)換為市電。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽光電電致變色器件，其中所述輸出開關(guān) 配置還包括連接至直流電荷儲(chǔ)存裝置，借以儲(chǔ)存所述多個(gè)薄膜太陽能電池 4是供的直流電流。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽光電電致變色器件，其中所述多個(gè) 薄膜太陽能電池包括呈矩陣排列或呈條狀排列。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽光電電致變色器件，其中所述電致 變色溶液的成分包括氧化/還原型有機(jī)小分子電致變色材料以及溶劑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽光電電致變色器件，其中所述氧化/還原或及其組合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽光電電致變色器件，其中所述負(fù)極變色 材料包括曱基紫精、乙基紫精、苯基紫精或丙基紫精。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽光電電致變色器件，其中所述正極變色 材料包括二曱基吩嗪或苯二胺。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽光電電致變色器件，其中所述溶劑包括碳酸異丙烯酯、碳酸亞乙酯、Y-丁內(nèi)酯、乙腈、四氫呋喃或曱基吡咯烷酮。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽光電電致變色器件，其中所述電致變色 溶液的成分還包括堿金屬鹽。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽光電電致變色器件，其中所述堿金屬 鹽包括三氟曱磺酸鋰、高氯酸鋰或四烷基銨鹽。
14. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽光電電致變色器件，其中所述電致變色 溶液的成分還包括高分子電解質(zhì)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽光電電致變色器件，其中所述高分子 電解質(zhì)包括聚環(huán)氧乙烯、聚環(huán)氧丙烷或聚曱基丙烯酸曱酯。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽光電電致變色器件，其中所述電致 變色溶液的氧化/還原電位小于3V。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽光電電致變色器件，其中所述半透 明薄膜太陽能電池基材包括覆板或底板結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池基材。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽光電電致變色器件，其中所述多個(gè) 薄膜太陽能電池包括硅薄膜太陽能電池、銅銦鎵硒薄膜太陽能電池或鎘碲 薄膜太陽能電池。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽光電電致變色器件，其中還包括多 個(gè)薄膜晶體管，用以主動(dòng)控制所述多個(gè)薄膜太陽能電池。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種太陽光電電致變色器件，包括半透明薄膜太陽能電池基材、電致變色溶液以及透明非導(dǎo)電基材。其中，電致變色溶液位于透明非導(dǎo)電基材與半透明薄膜太陽能電池基材之間。半透明薄膜太陽能電池基材包括一個(gè)透明基材與多個(gè)薄膜太陽能電池，其中薄膜太陽能電池的正極和負(fù)極同時(shí)作為該太陽光電電致變色器件的正極及負(fù)極。由于電致變色溶液所需的驅(qū)動(dòng)電壓低，因此薄膜太陽能電池的本質(zhì)層厚度可減少，而增加太陽光電電致變色器件的透射比。此外，太陽光電電致變色器件可通過加入與薄膜太陽能電池相連接的輸出開關(guān)配置，來控制由這些薄膜太陽能電池提供的電流輸出。
文檔編號H01L31/042GK101673018SQ20081021295
公開日2010年3月17日 申請日期2008年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月10日
發(fā)明者黃莉媚 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院