[发明专利]太阳光电电致变色器件

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种电致变色器件(electrochromic device，ECD)，特别是涉及一种太阳光电电致变色器件(solar photovoltaic electrochromic device)。

【背景技术】

所谓的电致变色器件是由导电物质组成的、可通过施加电场或电流引起可逆的氧化/还原(redox)反应而产生颜色变化的器件，电致变色器件的制作需满足下列几种特性，包括：不同电位下所呈现的颜色必须能够很容易分辨，颜色的变化快速且均一，器件颜色的可逆变化需能够重复上万次以上，以及稳定性高。常见的电致变色器件包括表面限制薄膜型(surfaceconfined thin film)电致变色器件以及溶液型电致变色器件。

表面限制薄膜型电致变色器件的结构是由上、下两层透明基材加上位于其间的电致变色多层膜所组成。其中电致变色多层膜类似于电池的结构，至少含有五层不同功能的涂/镀层。上述五层涂/镀层依次为透明导电层、电致变色层、电解质层、离子储存层以及透明导电层。溶液型电致变色器件的结构则比较简单，由上、下两个透明导电基材组成，通过环氧树脂胶以电极层相向的方式贴合两面基材，其间配置电致变色有机溶液，溶液的成分包含氧化或还原型电致变色有机小分子材料、高分子电解质以及溶剂。

虽然电致变色技术历经多年的研究，但至今只有电致变色后视镜被商业化，其它大面积电致变色器件100仍然无法有效地克服变色不均匀的虹膜效应(iris effect)，如图1所示。这样的现象可以图2作说明，在图2中显示一般电致变色器件200，其由两面透明导电基材210与夹在两透明导电基材210之间的电致变色溶液220组成。通电时电源分别从两面透明导电基材210的电极230四周供应，但由于电致变色器件200平面中心与边缘的电场路径长短不同，造成边缘区域和中心区域之间的阻抗有明显的差异。而阻抗的差异则导致如图1所示，变色浓度由边缘起至中心区域呈现同心椭圆形梯度变化，影响变色效果的均匀度。

为拓展电致变色技术的应用范围，已有多项结合光电技术与太阳能电池的相关研究提供了更多样化的方向。例如整合在建筑物内的太阳能电池(building integrated photovoltaic，BIPV)可以配合电致变色技术，在不用额外提供电源的情况下，根据室内外光照强度的变化，自动调整电致变色窗颜色的深浅，减少室内热能。由于节能意识的抬头，此应用方法已成为一种新的趋势。

例如美国专利US 5,377,037揭示了一种整合了硅薄膜太阳能电池与变色物质的电致变色器件。其结构为在两面透明导电玻璃基材之间，依次设置堆栈型(tandem)结构的硅薄膜太阳能电池、电致变色器件以及电解质层。最后并以分压器电阻串联位于堆栈结构两面最外层的透明导电玻璃基材，以控制调整硅薄膜太阳能电池作用时驱动电致变色器件的电压，故无须外部电源即可控制变色。然而，此两面电极结构虽可整合电致变色器件与太阳能电池，但由于无机材质变色所需的电荷密度(charge density)相当大，需要比较大的电压来驱动变色，无可避免需应用较厚的本质层(intrinsiclayer)，来提高光电转换效率，甚至应用多层堆栈(tandem)以提高硅薄膜太阳能电池的开路电压(Voc)。如此硅薄膜太阳能电池的透射比便因而降低。另外，由于电源由电极边缘供应，仍然会有虹膜效应发生。

【发明内容】

本发明提供一种太阳光电电致变色器件，具有均匀地改变颜色的效果，并具有较高的透射比(transmittance)。

本发明提供一种太阳光电电致变色器件，该器件包括半透明薄膜太阳能电池基材、电致变色溶液以及透明非导电基材，其中，电致变色溶液位于透明非导电基材与半透明薄膜太阳能电池基材之间。半透明薄膜太阳能电池基材包括透明基材和多个薄膜太阳能电池，这些薄膜太阳能电池的正极和负极同时作为太阳光电电致变色器件的正极及负极。

在本发明的一种实施方案中，上述太阳光电电致变色器件还包括与各薄膜太阳能电池相连接的输出开关配置，以控制由薄膜太阳能电池提供的电流输出。

在本发明的一种实施方案中，上述薄膜太阳能电池可以并联或串联至该输出开关配置。

在本发明的另一实施方案实施例中，上述输出开关配置还可连接至直流/交流转换装置，由此将薄膜太阳能电池提供的电流转换为市电(交流电)。此外，上述输出开关配置还可连接至直流电荷储存装置，以储存薄膜太阳能电池提供的直流电流。

在本发明的一种实施方案中，上述的薄膜太阳能电池例如是呈矩阵排列或条状排列的。