[發(fā)明專利]一種智能遙控自供能電致變色窗及其制備方法

在審

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• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106997134A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顏悅;韋友秀;張官理;陳牧;劉偉明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航發(fā)北京航空材料研究院
• 主分類號: G02F1/153
• 分類號: G02F1/153;G02F1/155;G02F1/163
• 代理公司: 中國航空專利中心11008
• 代理人: 梁瑞林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電致變色技術(shù)，涉及一種智能遙控自供能電致變色窗及其制作方法。

背景技術(shù)

在這個能源問題成為焦點的時代，不僅要開發(fā)新能源，還要節(jié)約現(xiàn)有能源。應(yīng)用于建筑物的能源消耗占世界總能源消耗的30％-40％，這些能源主要用于建筑物內(nèi)部的供暖、散熱、通風(fēng)和電器等。考慮到熱量逸散，窗戶是建筑中的薄弱環(huán)節(jié)。為了提高舒適度，窗戶面積越做越大，在一些商業(yè)建筑中，窗戶占據(jù)的面積與墻體面積相當(dāng)，有很大一部能源是通過玻璃擴散產(chǎn)生能源浪費，降低窗戶能耗成為市場需求。

1984年，美國科學(xué)家Lampert和瑞典科學(xué)家Granqvist提出了一種以電致變色膜為基礎(chǔ)的新型節(jié)能窗，即電致變色窗(Electrochromic window,ECW)，參見“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。通過調(diào)節(jié)可見光和近紅外光波的透過率，人為選擇性地調(diào)節(jié)室外光線到室內(nèi)的輻射量，從而改變室內(nèi)的溫度。其典型的結(jié)構(gòu)如圖2所示，兩層透明基底之間疊加透明導(dǎo)電層、電致變色層、電解質(zhì)層和離子存儲層，構(gòu)成一個三明治結(jié)構(gòu)。在外電壓的驅(qū)動下，離子嵌入或脫出電致變色薄膜時，發(fā)生氧化還原反應(yīng)從而使薄膜光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。電致變色層是核心層，是調(diào)制光學(xué)性質(zhì)的主要材料，施加電壓時，隨著離子的嵌入和脫出，薄膜發(fā)生顏色變化，一般要求薄膜在透明態(tài)有良好的光學(xué)透過率，而在著色態(tài)時應(yīng)呈現(xiàn)出明顯的顏色變化。中間層是離子傳輸層，主要用來導(dǎo)通離子，是純離子導(dǎo)體，將電致變色層和離子儲存層隔離開。對電極層也是離子儲存層，提供和儲存離子，起到平衡電荷的作用，透明導(dǎo)電層的作用是將電子從外電路傳輸?shù)阶兩牧现小?/p>

當(dāng)外電路的電子和離子傳輸層中的離子同時進入到電致變色層時，ECW著色時，屏蔽掉大部分從室外到室內(nèi)的光線，室內(nèi)溫度降低。反向加壓時，電子和離子同時從電致變色層脫出，ECW褪色時，室外到室內(nèi)的光輻射透過率高，提高室內(nèi)溫度，增加照明；相對于現(xiàn)有的Low-E節(jié)能玻璃，ECW能夠動態(tài)可控的調(diào)節(jié)室外到室內(nèi)的溫度，更能達到按需節(jié)能的效果。但電致變色器件需要幾伏的外電壓驅(qū)動才能實現(xiàn)變色功能，需要能耗電能。

太陽能電池的功能是把太陽能電池轉(zhuǎn)化為電壓和電流，是一種光電轉(zhuǎn)換器，按照基材料可分為晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、化合物太陽能電池、有機半導(dǎo)體太陽能電池。利用太陽能供電可實現(xiàn)電致變色器件的自供能變色，無需外額外的消耗電壓。1996年Bechinger在Nature期刊上報道了染料敏化太陽能電池和電致變色器件組合的光驅(qū)動電致變色器件 (photoelectrochromic device)，參見“Photoelectrochromic windows and displays”，BECHINGER C等著，《Nature》,Volume 383,1996,Pages 608-610。包括透明導(dǎo)電基板，吸附染料的二氧化鈦(TiO₂)層，含有I^-/I^3-氧化還原對的電解液和WO₃薄膜電致變色層。工作過程是染料吸收光子，生成的電子通過外電路和電解液中的Li⁺同時進入電致變色層使其著色，電解液中I^-從電致變色層得電子還原成I^3-，染料與I^3-接觸得到電子還原成初始狀態(tài)，在光子的激發(fā)下產(chǎn)生電子，這是一個動態(tài)循環(huán)過程。外電路斷開的情況下，器件褪色，隨后的研究大多以此結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)進行改進優(yōu)化。

這種整合式的自供能電致變色器件存在一些問題：一方面，器件中含有染料層會降低器件的透過率，另一方面，作為整合器件，電致變色過程和光電轉(zhuǎn)化過程的同時進行會有一些影響，對于電致變色層來講，整合式的器件中無離子存儲層會降低電致變色性質(zhì)，而且光電轉(zhuǎn)化效率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供一種智能遙控自供能電致變色窗，將電致變色窗與太陽能電池相結(jié)合形成自供能電致變色窗，無需外加電壓實現(xiàn)電致變色窗的變色功能，通過控制電致變色器件的變色程度動態(tài)調(diào)控從室外到室內(nèi)的光強，在夜晚或陰天沒有太陽的情況，利用儲能器正常工作；與已有的整合式自供能電致變色器件相比，避免了電致變色和光電轉(zhuǎn)化過程的相互干擾和影響，提高了自供能電致變色器件的變色性質(zhì)。