[發明專利]可涂布光電致變色元件及模塊

有效

• 申請號: 201110329344.3
• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN102486589A
• 公開（公告）日: 2012-06-06
• 發明（設計）人: 黃莉媚;胡致維
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: G02F1/153
• 分類號: G02F1/153;G02F1/163;H01L31/042;H01L31/0224
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 祁建國;梁揮

技術領域

本發明是有關于一種電致變色元件，且特別是有關于一種結構簡單的可涂布光電致變色元件(printable?photovoltaic?electrochromic?device)及模塊。

背景技術

所謂的電致變色元件為一種由導電物質組成、可借由施加電場或電流引起可逆的氧化/還原(redox)反應而產生顏色變化的元件。電致變色元件的制作需滿足下列幾種特性，包括：不同電位下所呈現的顏色必須能夠很容易分辨、顏色的變化快速且均一、元件顏色的可逆變化需能夠重復上萬次以上，以及穩定性高。常見的電致變色元件包括固態型表面限制薄膜型(surface?confined?thin?film)電致變色元件以及溶液型電致變色元件。

固態型表面限制薄膜型電致變色元件的結構是由上、下兩層透明基材加上其間的電致變色多層膜所組成。其中電致變色多層膜類似電池的結構，至少含五層不同功能的涂/鍍層，如透明導電層、電致變色層、電解質層、離子儲存層以及透明導電層。至于溶液型電致變色元件的結構則比較簡單，由上、下兩個透明導電基材組成，借由環氧樹脂膠，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溶液，溶液的成分包含氧化或還原型電致變色有機小分子材料、高分子電解質(polymer?electrolyte)以及溶劑。

雖然電致變色技術歷經多年的研究，但大面積電致變色元件因為電極是位于元件邊緣，所以因為電致變色元件平面中心與邊緣的電場路徑長短不同，造成在邊緣區域和中心區域的阻抗有明顯的差異。而阻抗的差異則變色濃度由邊緣起至中心區域呈現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的應用范圍，已有多項結合光電技術與太陽能電池的相關研究提供了更多樣化的方向。例如美國專利US?6369934B1所公開的一種全有機多層式光電化學裝置，將光敏感層與電致色變層分開于兩極，以利組成元件。這樣的元件可以形容為把電變色材料嵌入染料敏化太陽能電池，其電變色材料為三氧化鎢(WO₃)，并以釕(Ruthenium)系染料(Ru-dye)為主。其元件結構包括兩片透明導電基材與其間一層由光敏感材料構成的工作電極層、一層導離電解質層與一層由電變色材料構成的輔助電極層。然而這種典型的結構對于實際開發應用方面仍有諸多問題亟待解決，像是光敏感層的穩定性或元件大面積化的可行性。

再者，美國專利US?5377037公開一種太陽能電池和電變色裝置結合成單一裝置的設計，主要是在第一面導電玻璃基材上，將硅薄膜太陽能電池以迭層(tandem)方式和無機電變色裝置結合，而以相向的方式將硅薄膜太陽能電池模塊和另一面透明導電玻璃基材結合，其間配置有液態有機電解質溶液或固態無機電解質層。但由于該技術所得到的變色前后的光學對比(optical?contrast)相對低，變色效益不大，為了提高硅薄膜太陽能電池的透光度而降低薄膜太陽能電池的本質層(intrinsic?layer)厚度又會使該元件容易產生短路，不易推廣到智能窗的應用。

例如中國專利公開號TW201003931與美國專利公開號US?2010/0208324A1提出幾種液態型太陽光電電致變色元件，其中的電極是平均散布于整面基材上，因此可形成均勻的電場，讓電致變色溶液在不同區域有相同的變色程度，避免虹膜效應的發生。

上述專利雖然可改善變色均勻度，但是其中使用電致變色溶液與液態電解質，所以容易有漏液問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可涂布光電致變色元件，其中的電致變色薄膜為可涂布(printable)材料且不需外加電解質。

為實現本發明的目的而提供一種可涂布光電致變色元件，至少包括透明基材、位于透明基材上的薄膜太陽能電池與至少一單一極性電致變色薄膜，其中單一極性電致變色薄膜包含單一極性電致變色材料(electrochromic?material)與聚電解質(polyelectrolyte)。所述薄膜太陽能電池至少具有一正極層、一負極層與位于正、負極層之間的一光電轉換層，且部分正極層自薄膜太陽能電池露出。而單一極性電致變色薄膜則同時覆蓋負極層與露出的正極層。

為實現本發明的目的還提供一種可涂布光電致變色元件，至少包括透明基材、位于透明基材上的薄膜太陽能電池與至少一單一極性電致變色薄膜，其中單一極性電致變色薄膜包含單一極性電致變色材料與聚電解質。所述薄膜太陽能電池至少具有一正極層、一負極層與位于正、負極層之間的一光電轉換層，且部分負極層自薄膜太陽能電池露出。而單一極性電致變色薄膜則同時覆蓋正極層與露出的負極層。