光电致变色元件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种光电致变色元件及其制造方法。根据所述方法，在透明基材上形成至少一个薄膜太阳能电池，其中所述薄膜太阳能电池至少包含阳极、光电转换层和阴极，且所述阳极的表面的一部分从所述薄膜太阳能电池暴露出来。随后在所述阴极和所述阳极的所述暴露表面的至少一个表面上沉积电致变色薄膜。随后，在所述薄膜太阳能电池的表面上形成电解质层以覆盖所述电致变色薄膜。所述薄膜太阳能电池的所述阳极和所述阴极还充当所述光电致变色元件的阳极和阴极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电致变色元件领域，特别是涉及光电致变色元件(photovoltaic electrochromic device)及其制造方法。
技术介绍
在结构上，典型的电致变色元件分为固态型以及液态型。固态型电致变色元件100 的结构包含两个玻璃或塑料透明基材102。两个基材102之间安置至少五层分别具有不同 功能的涂层/镀层(例如透明导电层104、电致变色薄膜106、固态电解质108与离子储存 层110)，并以类似三明治夹层方式构成一个类似电池的结构，如图1所示。液态型电致变色 元件200的结构由两个透明导电基材202形成。两个相对的透明导电基材202上的阳极和 阴极的一侧或两侧分别涂/镀有透明导电致变色层204，透明导电基材202之间加入电解质 溶液206，如图2所示。相较于历史较为悠久的电致变色元件，光和电致变色技术的整合提供较好的节能 效率，因为光电致变色元件不需另外的电源就可实现电致变色层中的颜色改变。一开始的 光电致变色技术是基于使用普鲁士蓝(Prussian blue)电致变色薄膜与光敏感层-二氧化 钛(TiO2)的复合膜用于执行颜色改变的概念而开发的。近年来，已进一步延伸此概念而将 光敏感层与电致变色层分别分离于阳极和阴极，以构成元件。这种元件可以描述为将电致 变色材料插入染料敏感太阳能电池，其成为光电致变色(photoelectrochromic)技术的研 究中最为广泛讨论的主题。电致变色材料为三氧化钨(W03)，且染料敏感太阳能电池主要利 用钌(Ruthenium)系染料(Ru-dye)。光电致变色元件300的结构如图3所示。光电致变色 元件300为一多层光电化学元件，其包含两个透明导电基材302、由光敏感材料形成且安置 于透明导电基材302之间的工作电极层304、电解质层306以及由电致变色材料形成的辅助 电极层308。例如美国专利第6369934B1号揭露一种全有机多层光电化学元件。然而，为了将 此结构应用于实际应用，需要克服许多问题，例如光敏感层的长期稳定性和开发具有较大 尺寸的元件的可能性。美国专利第5，384，653号提供彼此分离的两个玻璃面板的可变透射率，其中结合 沿着玻璃面板的边缘沉积的光电池阵列，电致变色层堆叠安置于第一玻璃面板的内侧处， 从而产生改变电致变色层堆叠的颜色所必要的电功率。电池以平行于光电池阵列的方式放 置以允许用户将系统手动超驰到所要透射率的能力。美国专利第6，055，089号提供一种电致变色系统，其组合太阳能电池与电致变色 元件，其中无机电致变色玻璃安置于硅晶体太阳能电池模块的前方，且一空气层位于无机 电致变色玻璃与硅晶体太阳模块之间。在日光照射下，太阳能电池产生的电力经由电池的 端子输出到电致变色元件，以便改变电致变色层的颜色。电致变色系统内的颜色对比度控 制落在太阳能电池上的入射光强度，且进而决定太阳能电池的输出电流。美国专利第5，805，330号提供一种全有机结构，其中上部层和下部层两者是透明导电基材，且有机小分子电致变色材料和电解质溶液安置于其间。太阳能电池模块附着于 电致变色玻璃的边缘，使得当由日光照射时，太阳能电池产生的电流经由电池的输出端子 供应到电致变色元件，且电致变色元件进而改变颜色。而且，美国专利第5377037号揭露一种组合太阳能电池与电致变色元件以形成单 一元件的设计，其主要是使用在第一导电玻璃基材上将单片硅薄膜太阳能电池与无机电致 变色元件组合的堆叠方法，且随后以相对的方式将硅薄膜太阳能电池和另一透明导电玻璃 基材结合来制造。基材之间安置有液态有机电解质溶液或固态无机电解质层。所述元件的 颜色对比度相对低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种。其能够在被照射时改 变电致变色薄膜的颜色。所述光电致变色元件在无额外功率源的情况下执行颜色改变，且 可用作一般的薄膜太阳能电池以用于产生电力。为实现本专利技术的目的而提供一种光电致变色元件，其至少包含透明基材；至少 一个薄膜太阳能电池；至少一个电致变色薄膜；以及一电解质层。至少一个薄膜太阳能电 池安置于所述透明基材上，其中所述薄膜太阳能电池至少包含阳极、光电转换层和阴极，且 所述阳极的表面的一部分从所述薄膜太阳能电池暴露出来。至少一个电致变色薄膜安置于 所述薄膜太阳能电池的所述阴极和所述阳极的所述暴露表面上的至少一个表面。电解质层 覆盖所述电致变色薄膜。而且，薄膜太阳能电池的阳极和阴极还充当光电致变色元件的阳 极和阴极。本专利技术的一实施例中，上述电致变色薄膜的材料包括导电聚合物、过渡金属氧化 物、过渡金属或普鲁士蓝。本专利技术的一实施例中，上述过渡金属氧化物是选自由W03、Mo03、V205、Nb205、NiO、 SnO、Fe203、CoO、lr203、Rh203 以及 Mn02 组成的群组。本专利技术的一实施例中，上述过渡金属是选自由Mn、Mg、Co、Cu、Ni、Zn、V、Cr、Fe、Bi、 Sb、Au、Zn、Pt、Ag、Ti、Nb、Te和Se组成的过渡金属群组形成的金属、合金、氢化物、硫族化 物或碲化物。本专利技术的一实施例中，上述薄膜太阳能电池包括硅薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄 膜太阳能电池或镉碲薄膜太阳能电池。本专利技术的一实施例中，上述硅薄膜太阳能电池包括非晶硅薄膜太阳能电池、非晶 硅与微晶硅堆叠式薄膜太阳能电池、非晶硅与非晶硅堆叠式薄膜太阳能电池或多结非晶硅 薄膜太阳能电池。本专利技术的一实施例中，上述光电致变色元件包括多个薄膜太阳能电池且其串联连 接；且所述薄膜太阳能电池中的一者的所述阳极电连接到另一薄膜太阳能电池的所述阴 极。本专利技术的一实施例中，上述阳极暴露于所述阴极之间，且所述电致变色薄膜的阴 影区域由所述阴极之间的间隙的宽度决定。本专利技术的一实施例中，上述薄膜太阳能电池还包括安置于所述薄膜太阳能电池的 所述光电转换层的侧壁上的钝化层。本专利技术的一实施例中，上述电解质层包括固态电解质或液态电解质。本专利技术的一实施例中，上述透明基材包括玻璃、塑料或可挠性基材。本专利技术的一实施例中，上述光电致变色元件还包括覆盖所述电解质层的透明非导 电基材。本专利技术的一实施例中，上述光电致变色元件还包括安置于所述透明非导电基材的 表面上以形成镜面的反射膜。本专利技术的一实施例中，上述光电致变色元件还包括直流/交流反转器，以将所述 薄膜太阳能电池产生的电流转换为市电。本专利技术的一实施例中，上述光电致变色元件还包括直流电荷储存元件，以储存所 述薄膜太阳能电池产生的所述电流。本专利技术的一实施例中，上述光电致变色元件还包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管 连接到所述薄膜太阳能电池的所述阳极和所述阴极以控制所述薄膜太阳能电池与外部电 路之间的开关。为实现本专利技术的目的还提供一种制造光电致变色元件的方法，所述方法包括在 透明基材上形成至少一个薄膜太阳能电池，其中所述薄膜太阳能电池至少包含阳极、光电 转换层和阴极，且所述阳极的表面的一部分从所述薄膜太阳能电池暴露出来。然后，在所述 阴极和所述阳极的所述暴露表面的至少一个表面上沉积电致变色薄膜。随后，在所述薄膜 太阳能电池的表面上形成电解质层以覆盖所述电致变色薄膜，其中所述薄膜太阳能电池的 所述阳极和所述阴极还充当所述光电致变色元件的阳极和阴极。本专利技术的再一实施例中，沉积上述电致变色薄膜的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电致变色元件，其特征在于，至少包括：透明基材；至少一个薄膜太阳能电池，其形成于所述透明基材上，其中所述薄膜太阳能电池至少包括阳极、光电转换层和阴极，且所述阳极的表面的一部分从所述薄膜太阳能电池暴露出来；至少一个电致变色薄膜，其形成于所述薄膜太阳能电池的所述阴极所暴露的表面、所述阳极所暴露的表面或其二者；以及电解质层，其覆盖所述电致变色薄膜。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄莉媚，叶芳耀，何国川，胡致维，徐志宇，叶峻铭，
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]