[发明专利]一种智能遥控自供能电致变色窗及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电致变色技术，涉及一种智能遥控自供能电致变色窗及其制作方法。

背景技术

在这个能源问题成为焦点的时代，不仅要开发新能源，还要节约现有能源。应用于建筑物的能源消耗占世界总能源消耗的30％-40％，这些能源主要用于建筑物内部的供暖、散热、通风和电器等。考虑到热量逸散，窗户是建筑中的薄弱环节。为了提高舒适度，窗户面积越做越大，在一些商业建筑中，窗户占据的面积与墙体面积相当，有很大一部能源是通过玻璃扩散产生能源浪费，降低窗户能耗成为市场需求。

1984年，美国科学家Lampert和瑞典科学家Granqvist提出了一种以电致变色膜为基础的新型节能窗，即电致变色窗(Electrochromic window,ECW)，参见“Electrochromic Coatings for Smart Windows”，J.S.E.M.Svensson 和C.G.Granqvist著，《Solar Energy Materials and Solar Cell》,Volume 12,1985,Pages 391-402。通过调节可见光和近红外光波的透过率，人为选择性地调节室外光线到室内的辐射量，从而改变室内的温度。其典型的结构如图2所示，两层透明基底之间叠加透明导电层、电致变色层、电解质层和离子存储层，构成一个三明治结构。在外电压的驱动下，离子嵌入或脱出电致变色薄膜时，发生氧化还原反应从而使薄膜光学性质发生变化。电致变色层是核心层，是调制光学性质的主要材料，施加电压时，随着离子的嵌入和脱出，薄膜发生颜色变化，一般要求薄膜在透明态有良好的光学透过率，而在着色态时应呈现出明显的颜色变化。中间层是离子传输层，主要用来导通离子，是纯离子导体，将电致变色层和离子储存层隔离开。对电极层也是离子储存层，提供和储存离子，起到平衡电荷的作用，透明导电层的作用是将电子从外电路传输到变色材料中。

当外电路的电子和离子传输层中的离子同时进入到电致变色层时，ECW着色时，屏蔽掉大部分从室外到室内的光线，室内温度降低。反向加压时，电子和离子同时从电致变色层脱出，ECW褪色时，室外到室内的光辐射透过率高，提高室内温度，增加照明；相对于现有的Low-E节能玻璃，ECW能够动态可控的调节室外到室内的温度，更能达到按需节能的效果。但电致变色器件需要几伏的外电压驱动才能实现变色功能，需要能耗电能。

太阳能电池的功能是把太阳能电池转化为电压和电流，是一种光电转换器，按照基材料可分为晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物太阳能电池、有机半导体太阳能电池。利用太阳能供电可实现电致变色器件的自供能变色，无需外额外的消耗电压。1996年Bechinger在Nature期刊上报道了染料敏化太阳能电池和电致变色器件组合的光驱动电致变色器件 (photoelectrochromic device)，参见“Photoelectrochromic windows and displays”，BECHINGER C等著，《Nature》,Volume 383,1996,Pages 608-610。包括透明导电基板，吸附染料的二氧化钛(TiO₂)层，含有I^-/I^3-氧化还原对的电解液和WO₃薄膜电致变色层。工作过程是染料吸收光子，生成的电子通过外电路和电解液中的Li⁺同时进入电致变色层使其着色，电解液中I^-从电致变色层得电子还原成I^3-，染料与I^3-接触得到电子还原成初始状态，在光子的激发下产生电子，这是一个动态循环过程。外电路断开的情况下，器件褪色，随后的研究大多以此结构为基础进行改进优化。

这种整合式的自供能电致变色器件存在一些问题：一方面，器件中含有染料层会降低器件的透过率，另一方面，作为整合器件，电致变色过程和光电转化过程的同时进行会有一些影响，对于电致变色层来讲，整合式的器件中无离子存储层会降低电致变色性质，而且光电转化效率较低。

发明内容

本发明的目的是：提供一种智能遥控自供能电致变色窗，将电致变色窗与太阳能电池相结合形成自供能电致变色窗，无需外加电压实现电致变色窗的变色功能，通过控制电致变色器件的变色程度动态调控从室外到室内的光强，在夜晚或阴天没有太阳的情况，利用储能器正常工作；与已有的整合式自供能电致变色器件相比，避免了电致变色和光电转化过程的相互干扰和影响，提高了自供能电致变色器件的变色性质。