光敏性电变色装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光敏性电变色装置，其包括透明非导电基材、薄膜太阳电池模块以及电变色溶液。薄膜太阳电池模块为整体式（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）串联（ｓｅｒｉｅｓ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）模块，包括透明基板及位于透明基板上的多个薄膜太阳电池，且薄膜太阳电池模块内的每一薄膜太阳电池彼此串联在一起。上述电变色溶液则位于透明非导电基材与薄膜太阳电池模块之间。当受到阳光照射，薄膜太阳电池模块直接提供电流，造成电变色溶液产生氧化／还原反应并变色。另外，由于本发明专利技术的光敏性电变色装置可与目前的薄膜太阳电池模块的工艺相匹配，因此有利于量产。而且，通过薄膜太阳电池之间正、负极层的串联，就不需要在光敏性电变色装置中另外加设电路配线，能大幅降低制造成本与时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电变色技术，且特别是涉及一种光敏性电变色装置 (Photosensitive Electrochromic Device)0
技术介绍
一般的电色变器件虽然可以作为具节能效果的智能窗玻璃并应用于绿色建筑上， 然而仍然需要电能来源而必须耗费能源。典型的电变色装置结构分为固态型以及溶液型； 固态型电变色装置的结构如图1所示，为装置100的上、下两层由玻璃或塑料透明基材102 组成，两片透明基材102间至少含五层不同功能的涂层/镀层，如透明导电层104、电变色层 106、电解质层108与离子储存层110，并以类似三明治夹层方式组合起来，构成一个类似电 池的结构。溶液型电变色装置则如图2所示，其装置200是由两面透明导电基材202组成，透 明导电基材202 —般含有透明基材204与相对的正、负电极206，在透明导电基材202间加 入电变色溶液208，包含有机小分子电变色材料以及电解质溶液由于节能意识的抬头，太阳电池与电变色装置的结合，如建筑整合型太阳光电系 统(BIPV)的应用，将是一种新的趋势。在不用额外提供电源下，可根据室内外光照强度变 化，自动调整电变色窗颜色的深浅，减少室内热能，实现节能。本专利技术提出的“光敏性电变色装置”在一个器件的构造内，透过硅薄膜太阳电池将 光能转为提供变色所需的电能，如此更符合绿色节能的应用。此外，该光敏性电变色装置搭 配特殊设计的开关配置，通过连接包括直流/交流转换装置以及直流电荷储存装置，将器 件产生的电流供应交流电器以及直流电器，为现今在能源短缺情况增加一种电力的来源。目前正在研发的光电致色变器件(photoelectrochromic device)都以染料敏化 太阳电池作为发电来源。美国专利US 6369934B1为全有机多层式光电化学装置，然而这种 典型的结构对于实际开发应用方面仍有诸多问题亟待解决，像是光敏感层的稳定性或器件 大面积化的可行性。美国专利US 5377037为太阳电池和电变色装置结合成单一装置的设计，在第一 面导电玻璃基材上，将硅薄膜太阳电池模块以叠层(tandem)方式和无机电变色装置结合， 而以相向的方式将硅薄膜太阳电池模块和另一面透明导电玻璃基材结合，其间配置有液态 有机电解质溶液或固态无机电解质层。但由于无机变色材料本质特性需高驱动电压及高电 荷密度，因此，硅薄膜太阳电池的本征层(intrinsic)厚度无法降低，使该器件的明暗对比 相对低，不易推广到智能窗的应用。美国专利US 5805330为全有机结构，上下两层为透明导电基材，其间配置有机小 分子电变色材料及电解质溶液。太阳电池模块贴合在电变色玻璃窗的边缘。当阳光照射到 窗户，太阳电池产生的电流经输出端提共给电变色装置，让电变色装置变色。美国专利US 6055089为太阳电池和电变色装置两种装置的结合，无机电变色玻 璃放置在硅晶太阳电池模块前方，其间隔空气层。当受到阳光照射太阳电池发电并经输出端提供给电变色装置，使电变色层变色，并利用变色的深浅调节入射光，来控制太阳电池发电量。虽然电变色技术已经历经多年的研究，但至今只有电变色后视镜被大量商业化， 其他大面积电变色装置仍然无法有效的克服变色不均勻的现象(iris effect) 0主要原因 由图3显示，因为像上述专利的平面式结构300的两面电极302在边缘和中心区域304的 电场路径长短不同，容易造成在边缘区域(电极302位置)和中心区域304的阻抗有明显 的差异，因此导致电变色在边缘区域(电极302位置)和中心区域304有显著不同的变色 浓度。
技术实现思路
本专利技术提供一种光敏性电变色装置，在一个器件的构造内，透过薄膜太阳电池将 光能转为提供变色所需的电能本专利技术提供一种光敏性电变色装置，可克服变色不均勻的现象并且可量产。本专利技术提出一种光敏性电变色装置，包括透明非导电基材、薄膜太阳电池模块以 及电变色溶液。薄膜太阳电池模块为整体式(monolithic)串联(series-connected)模块， 包括透明基板及位于透明基板上的多个薄膜太阳电池，且每一薄膜太阳电池彼此串联在一 起。上述电变色溶液则位于透明非导电基材与薄膜太阳电池模块之间。在本专利技术的实施例中，上述薄膜太阳电池包括正极层、负极层与半导体薄膜，其中 半导体薄膜位于负极层与正极层之间。在本专利技术的实施例中，上述薄膜太阳电池之一的正极层与另一个的负极层电性相 连。在本专利技术的实施例中，上述正极层自负极层之间露出，且电变色溶液的变色深浅 程度能通过控制上述负极层的间距来调整。在本专利技术的实施例中，上述光敏性电变色装置还包括钝化层，设置于薄膜太阳电 池中的每一薄膜的侧壁。在本专利技术的实施例中，薄膜太阳电池的正极和负极同时作为光敏性电变色装置的 正极和负极。在本专利技术的实施例中，上述正极层的材料包括透明导电氧化物。在本专利技术的实施例中，上述负极层的材料包括透明导电氧化物及金属。在本专利技术的实施例中，上述电变色溶液的成分包括氧化/还原型有机小分子电变 色材料以及溶剂，其中氧化/还原型有机小分子电变色材料是选自包括负极变色材料以及 正极变色材料所组成的材料群中选择的一种材料。在本专利技术的实施例中，上述电变色溶液的氧化/还原电位约小于3V。在本专利技术的实施例中，上述薄膜太阳电池模块例如硅薄膜太阳电池模块、CIGS薄 膜太阳电池模块或CdTe薄膜太阳电池模块。在本专利技术的实施例中，上述透明非导电基材包括玻璃、塑料或可挠性基材。在本专利技术的实施例中，上述薄膜太阳电池模块的透明基板包括玻璃、塑料或可挠 性基材。在本专利技术的实施例中，还包括直流/交流转换装置，由此将薄膜太阳电池提供的电流转换为市电。在本专利技术的实施例中，还包括直流电荷储存装置，由此储存薄膜太阳电池产生的 电流。在本专利技术的实施例中，还包括薄膜晶体管，分别连接到薄膜太阳电池模块的正负 极两端，以便单独控制薄膜太阳电池模块与外接电路的开关。基于上述，本专利技术的光敏性电变色装置的构想设计为，利用整体式(monolithic) 串联(series-connected)的薄膜太阳电池模块，来驱动电变色溶液，由于薄膜太阳电池模 块的正、负极均镀在同一面透明基材上，所以光敏性电变色装置的正电极及负电极是在同 一表面上。当受到阳光照射，薄膜太阳电池模块直接提供电流，造成电变色溶液产生氧化/ 还原反应并变色。另外，由于本专利技术的光敏性电变色装置可与目前的薄膜太阳电池模块的 工艺相匹配，因此有利于量产。而且，通过薄膜太阳电池之间正、负极层的串联，就不需要在 光敏性电变色装置中另外加设电路配线，能大幅降低制造成本与时间。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详 细说明如下。附图说明图1是已知的一种固态型电变色装置的结构示意图。图2是已知的一种溶液型电变色装置的结构示意图。图3是已知的变色不均勻现象的平面示意图。图4是依照本专利技术的第一实施例的一种光敏性电变色装置的结构剖面示意图。图5是图4的结构的电路图。图6A至图6E是依照本专利技术的第二实施例的一种光敏性电变色装置的制造流程剖 面示意图。图7是图6E的光敏性电变色装置变色前的俯视图。图8A是图6E的透光型光敏性电变色装置变色前的俯视图。图8B是图6E的透光型光敏性电变色装置变色后的俯视图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光敏性电变色装置，包括：透明非导电基材；薄膜太阳电池模块，其为整体式串联模块，该薄膜太阳电池模块包括：透明基板；以及多个薄膜太阳电池，位于该透明基板上，且该多个薄膜太阳电池彼此串联在一起；以及电变色溶液，位于该透明非导电基材与该薄膜太阳电池模块之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄莉媚，陈俊亨，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]