多色系太阳光电电变色装置的制作方法

专利名称：多色系太阳光电电变色装置的制作方法
多色系太阳光电电变色装置技术领域
本发明是有关于一种太阳光电电变色装置(photovoltaics electrochromics apparatus)，且特别是有关于一种多色系(multicolor)太阳光电电变色装置。
背景技术：
所谓的电致变色或电变色元件为一种由导电物质组成、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元件。电变色元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勻， 元件颜色的可逆变化应能够重复上万次以上，以及稳定性高。常见的电变色元件包括固态 型表面限制薄膜型(surface confined thin film)电变色元件以及溶液型电变色元件。
表面限制薄膜型电变色元件的结构是由上、下两层透明基材加上其间的电变色多 层膜所组成。其中电变色多层膜类似电池的结构，至少含五层不同功能的涂/镀层，譬如依 序为透明导电层、电变色层、电解质层、离子储存层以及透明导电层的多层膜。至于溶液型 电变色元件的结构则由上、下两个透明导电基材组成，通过黏着剂，以电极层相对的方式贴 合两面基材，其间配置电变色有机溶液。另外，也有研究是利用薄膜晶体管(TFT)的像素电 极作为电变色元件的共同电极，如美国专利第7312914号。然而上述结构需额外提供能量。
相较于历史较悠久的“电致变色(electrochromics) ”，“光电致变色 (photovoltaics electrochromics)，，技术是只需光照而不需另外提供能量就可使电变色 层作用，更具备节能效果。
因此，为拓展电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。例如光电建筑一体化(building integrated photovoltaic, BIPV)可以配合电变色技术，在不用额外提供电源的状况下，根据室内外光 照强度变化，自动调整电变色窗颜色的深浅，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。
而目前的发展重点分为两大趋势，其中之一是一体型光电致色变，主要是以多层 无机镀膜制程，将电变色层堆栈在薄膜太阳能电池镀层上，组成一串联的结构，如美国专利 第5377037号。但由于无机电变色材料本质特性需高驱动电压及高电荷密度，因此，该元件 的明暗对比相对低，不易推广到智能窗的应用。
另一趋势是以染料敏化太阳能电池作为发电来源，如美国专利第6369934号。然 而这种典型的结构对于实际开发应用方面仍有诸多问题亟待解决，像是光敏感层的稳定性 或元件大面积化的可行性。
除此之外，目前已有结合电变色层与太阳能电池的多媒体显示器，如美国专利第 7205473号。但是，这种显示器是将电变色元件与太阳能电池分开制作且分在不同区域，所 以不利于元件大面积化的趋势。发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种多色系太阳光电电变色装置，其能够在一个 元件的构造内，透过薄膜太阳能电池将光能转为提供变色所需的电能，并通过薄膜太阳能 电池间的电位差(potential difference)，来达成多色系变色的效果。
本发明提出一种多色系太阳光电电变色装置，包括一第一透明基板、相对的一第 二透明基板、位于第一透明基板上的至少一光电致变色元件以及位于第一与第二透明基板 之间的至少一变色元件。上述光电致变色元件包括数个薄膜太阳能电池以及至少一种电变 色材料，其中电变色材料是位于薄膜太阳能电池上。所述薄膜太阳能电池之间具有不同的 电位差，且各薄膜太阳能电池包括一第一正极、一光电转换层与一第一负极，其中每一薄膜 太阳能电池的第一正极与第一负极同时扮演所述光电致变色元件的正极及负极。至于变色 元件则包括一第一电极与一第二电极，再加上位于第一电极与第二电极上的至少一种变色 材料，其中具有不同的电位差的那些薄膜太阳能电池的第一负极分别连至变色元件的第一 电极与第二电极。
在本发明的一实施例中，上述薄膜太阳能电池中具有电位差的彼此串联。
在本发明的一实施例中，上述第一电极与第二电极可全部位于第一透明基板上、 全部位于第二透明基板上；或者分别位于第二透明基板与第一透明基板上。
在本发明的一实施例中，上述第一电极与第二电极包括不同的图案化结构。
在本发明的一实施例中，上述薄膜太阳能电池包括呈矩阵排列或呈条状排列。
在本发明的一实施例中，上述电变色材料或变色元件的所述变色材料包括位于第 一与第二透明基板之间的液状或胶状电变色溶液，其成分包括氧化/还原型有机小分子电 变色材料。
在本发明的一实施例中，上述液状或胶状电变色溶液的成分还包括液态电解质， 譬如包括碱金属盐以及溶剂的液态电解质。
在本发明的一实施例中，上述电变色材料或变色元件所述的变色材料包括沉积形 成的电变色薄膜，其成分包括由苯胺单体、二氧乙基噻吩单体或紫精单体聚合而成的高分 子聚合物；或者普鲁士蓝。此外，所述电变色薄膜也可以是过渡金属氧化物。
在本发明的一实施例中，当采用电变色薄膜时，上述光电致变色元件或上述变色 元件还包括与电变色薄膜相接触的胶态或固态电解质。
在本发明的一实施例中，上述变色元件的变色材料包括热变色材料，如二氧化钒 (VO2)等。
在本发明的一实施例中，上述薄膜太阳能电池包括硅薄膜太阳能电池、铜铟镓硒 薄膜太阳能电池或碲化镉薄膜太阳能电池。
在本发明的一实施例中，上述第一透明基板或第二透明基板包括玻璃、塑料或可 挠性基材。
在本发明的一实施例中，上述多色系太阳光电电变色装置，还包括多个钝化层，分 别设置于薄膜太阳能电池中的每一光电转换层的侧壁。
在本发明的一实施例中，上述多色系太阳光电电变色装置还可包括一反射镀膜， 设置于第二透明基板的表面。
在本发明的一实施例中，上述多色系太阳光电电变色装置还包括一输出开关配置与一直流/交流转换装置。所述输出开关配置与薄膜太阳能电池相连，而直流/交流转换 装置则与输出开关配置相连，以将薄膜太阳能电池提供的电流转换为市电。
在本发明的一实施例中，上述多色系光电致变色装置还包括薄膜晶体管，分别连 接到每一薄膜太阳能电池的第一正极与第一负极，以便单独控制每一薄膜太阳能电池与外 接电路的开关。
基于上述，本发明的多色系太阳光电电变色装置的构想设计为利用薄膜太阳能电 池驱动所述光电致变色元件中固态或胶状的电变色材料，并使薄膜太阳能电池的正、负极 同时扮演光电致变色元件的正极及负极。同时，设计不同薄膜太阳能电池的负极和负极间 产生电位差，并通过薄膜太阳能电池间的电位差来驱动所述变色元件中的变色材料。因此， 当受到阳光照射，薄膜太阳能电池会直接提供电流，让光电致变色元件和变色元件中的电 变色材料与/或热变色材料同时变色，组成多色系光电电变色元件。


图IA是依照本发明的第一实施例的一种多色系太阳光电电变色装置的仰视图IB是图IA的B-B线段的剖面示意图2A是依照本发明的第二实施例的一种多色系太阳光电电变色装置的仰视图2B是图2A的B-B线段的剖面示意图3是本发明的第二实施例的多色系太阳光电电变色装置的一种封装方式的剖 面示意图4是依照本发明的第三实施例的一种多色系太阳光电电变色装置的剖面示意 图5是依照本发明的第四实施例的一种多色系太阳光电电变色装置的剖面示意 图6是依照本发明的第五实施例的一种多色系太阳光电电变色装置的仰视图7A是依照本发明的第六实施例的一种多色系太阳光电电变色装置的仰视图7B是图7A的B-B线段的剖面示意图8是第六实施例的变形例的剖面示意图9A是依照本发明的第七实施例的一种多色系太阳光电电变色装置的仰视图9B是图9A的B-B线段的剖面示意图9C是第七实施例的一种变形例的示意图10是TMPD以及HV正、负极有机小分子电变色材料的循环伏安图11是TMPD以及HV正、负极有机小分子电变色材料的吸收光谱图12是TMPD以及HV正、负极有机小分子电变色材料的电流响应图13是实验二的设计示意图14是硅薄膜太阳能电池的光电转换特性的IV曲线图15是硅薄膜太阳能电池的光电转换特性的IV曲线图16是本发明的多色系太阳光电电变色装置的电变色元件与一种输出开关配置 之间的电路示意图17是本发明的多色系太阳光电电变色装置的电变色元件与薄膜晶体管的电路示意图。
其中，附图标识
100、200、400、500、600、700、900 多色系太阳光电电变色装置
102、902 第一透明基板
104、904 第二透明基板
106、204、906 光电致变色元件
108、202、402、502、908 变色元件
110a、110b、602a、602b、702 薄膜太阳能电池
112、206 电变色材料
114a、114b、704、910a、910b 第一正极
116a、116b、706 光电转换层
118a、118b、708、912a、912b 第一负极
120、916:第二电极
122、914:第一电极
124、208、210、918、920 变色材料
126 反射镀膜
212、922 胶态或固态电解质
710 钝化层
802a、8(^b 电变色薄膜
924 液状或胶状电变色溶液
1300 玻璃基板
1302a、1302b 硅薄膜太阳能电池
1304 正极
1306:负极
1308 条状导线
1310a、1310b 导电玻璃
1312 含TMPD-HV电变色溶液
1314:电化学槽
1600 直流/交流转换装置
I6O2:市电
1700 薄膜晶体管具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详 细说明如下。
图IA与图IB是依照本发明的第一实施例的一种多色系太阳光电电变色装置的仰 视图与B-B线段的剖面示意图。
请同时参照图IA与图1B，本实施例的多色系太阳光电电变色装置100至少包括 一第一透明基板102、相对于第一透明基板102的一第二透明基板104、位于第一透明基板102上的至少一光电致变色元件106以及位于第一和第二透明基板102与104之间的变色 元件108。上述光电致变色元件106包括数个薄膜太阳能电池IlOa与IlOb以及至少一种 电变色材料112，其中电变色材料112是位于薄膜太阳能电池IlOa与IlOb上。所述薄膜 太阳能电池IlOa与IlOb之间具有不同的电位差，且薄膜太阳能电池IlOa包括一第一正极 114a、一光电转换层116a与一第一负极118a ；薄膜太阳能电池1 IOb包括一第一正极114b、 一光电转换层116b与一第一负极118b。其中每一薄膜太阳能电池IlOa与IlOb的第一正 极114a和114b与第一负极118a和118b同时扮演所述光电致变色元件106的正极及负极。 另外，变色元件108包括一第一电极122与一第二电极120，再加上位于第二电极120与第 一电极122上的至少一种变色材料124。图中向下的箭头代表光线照射的方向。
请继续参照图1B，在第一实施例中，上述电变色材料112与变色材料IM可以是相 同或不同的液状或胶状电变色溶液，其成分例如是氧化/还原型有机小分子电变色材料。 而且，所述氧化/还原型有机小分子电变色材料例如是选自包括负极变色材料以及正极变 色材料所组成的材料群中选择的一种材料或其组合。举例来说，负极变色材料例如甲基紫 精(methyl viologen)、乙基紫精(ethyl viologen)、苯基紫精(benzyl viologen)或丙基 紫精(propyl viologen)；而正极变色材料例如二甲基吩嗪(dimethylphenazine)或苯二 胺(phenylene diamine)或N，N，N，，N，-四甲基-1，4-苯二胺(N,N,N',N'-tetramethyl-1, 4-phenylenediamine, TMPD)等。
此外，上述液状或胶状电变色溶液的成分还可包括液态电解质。譬如，包括碱金 属盐以及溶剂的液态电解质，其中碱金属盐例如三氟甲基磺酸锂(lithium triflate)、高 氯酸锂(lithium perchlorate)或四烧基铵盐(tetra alkyl ammonium salt)；溶剂则例 如碳酸异丙烯酯(propylene carbonate)、碳酸乙二酯(ethylene carbonate)、γ - 丁内酯 (y -butyrolactone) > ΔΜ (acetonitrile)、口夫P南(tetrahydrofuran, THF) ^ψ^ 咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone，ΝΜΡ)。至于第一透明基板102或第二透明基板104，例 如玻璃、塑料或可挠性基材。而在第二透明基板104的表面还可形成一层反射镀膜126，以 形成镜面，其中反射镀膜126例如一镀银或镀铝的薄膜。
在图IB中，具有不同的电位差的薄膜太阳能电池IlOa与IlOb的第一负极ll&i与 118b分别连至变色元件108的第一电极122与第二电极120，可使多色系太阳光电电变色装 置100产生至少两种颜色。因为受到阳光照射时，薄膜太阳能电池IlOa与IlOb会直接提供 电流，让光电致变色元件106和变色元件108中的电变色材料112与变色材料124同时变色。
上述第二电极120与第一电极122可因应薄膜太阳能电池IlOaUlOb的电位差而 正负极互换。举例来说，假设薄膜太阳能电池IlOa有IV的电位差(Δν)、薄膜太阳能电池 IlOb有2V的电位差，则因为薄膜太阳能电池IlOa的第一正极11 与薄膜太阳能电池IlOb 的第一正极114b等电位(接地)，所以薄膜太阳能电池IlOa的第一负极118a电位是-IV、 薄膜太阳能电池IlOb的第一负极118b电位是-2V。因此，与第一负极118a相连的第一电 极122是正极，与第一负极118b相连的第二电极120是负极。同理，如果薄膜太阳能电池 IlOa的电位差大于薄膜太阳能电池IlOb的电位差，则第二电极120为正极、第一电极122 为负极。此外，当薄膜太阳能电池IlOa与IlOb为可透光型薄膜太阳能电池(see through type thin film photovoltaic)时，一般负极都会镀银，而本发明则可去掉此一镀银层，以 增加元件整体的透光度。
由于第一实施例所使用的电变色材料112与变色材料124的驱动电压低，因此薄 膜太阳能电池IlOa与IlOb的本质层厚度可减少，而增加多色系太阳光电电变色装置100 的穿透度。而且，由整体多色系太阳光电电变色装置100的结构看来，因为变色元件108的 第二电极120与第一电极122可为透明导电氧化物(TCO)，将有助于增加多色系太阳光电电 变色装置100的透明面积，并提高整体透光度。
图2A与图2B是依照本发明的第二实施例的一种多色系太阳光电电变色装置的仰 视图与B-B线段的剖面示意图，其中使用与第一实施例相同的元件符号来表示相同或类似 的构件。
请同时参照图2A与图2B，本实施例的多色系太阳光电电变色装置200至少包括 第一透明基板102、第二透明基板104、位于第一透明基板102上的至少一光电致变色元件 204以及位于第一和第二透明基板102与104之间的变色元件202。上述光电致变色元件 204包括数个薄膜太阳能电池IlOa与IlOb以及至少一种电变色材料206。薄膜太阳能电池 IlOa与IlOb除了像图2A般是呈条状排列外，也可以设计呈矩阵排列。至于变色元件202 则包括第二电极120、第一电极122以及数种变色材料210与208。由于在第二电极120与 第一电极122上设置不同的变色材料210与208，所以将第一负极118a与118b分别连至变 色元件202的第一电极122与第二电极120，可使多色系太阳光电电变色装置200至少产生 两种颜色。
请继续参照图2B，在第二实施例中，电变色材料206以及变色材料208与210可以 是相同或不同的沉积形成的电变色薄膜，其成分包括由苯胺单体、二氧乙基噻吩(EDOT)单 体或紫精(Viologen)单体聚合而成的高分子聚合物；或者普鲁士蓝Gaussian Blue)。此 外，所述电变色薄膜也可以是过渡金属氧化物，如选自包括W03、Mo03、V2O5, Nb2O5, NiO、SnO、 Fe2O3> CoO、Ir2O3, Rh2O3以及MnA所组成的过渡金属氧化物群。此外，在本实施例中使用两 种变色材料208与210，因此变色元件202基本上可产生两种变色颜色，当然也可使用同一 种变色材料而只产生同一种变色颜色。上述光电致变色元件204以及/或是变色元件202 还包括胶态或固态电解质212。举例来说，胶态或固态电解质212包括碱金属盐、高分子材 料以及溶剂，其中碱金属盐例如三氟甲基磺酸锂、高氯酸锂或四烷基铵盐；溶剂则例如碳酸 异丙烯酯、碳酸乙二酯、Y-丁内酯、乙腈、四氢呋喃(THF)或甲基吡咯烷酮(NMP)；高分子材 料如聚环氧乙烯(polyethylene oxide)、聚环氧丙烧(polypropylene oxide)、聚乙烯醇缩 丁酸(Poly Vinyl Butyral, PVB)或聚甲基丙炼酸甲酉旨(polymethylmethacrylate)。
另外，如果选择固态电解质212的话，可以将已经制成膜的固态电解质212夹在第 一透明基板102与第二透明基板104之间，如图3。然后，利用如叠合机(Iaminator)或高 压釜(autoclave)之类的机器，将第一透明基板102、固态电解质212与第二透明基板104 压合，以进行多色系太阳光电电变色装置200的封装。而在第二透明基板104的表面还可 形成一层反射镀膜126，以形成镜面，其中反射镀膜例如一镀银或镀铝的薄膜。
此外，图2B中的变色材料208与210还可以是热变色材料，如二氧化钒(VO2)等。 因此，不需要电解质，就可通过分别连接具有不同的电位差的薄膜太阳能电池1lOa与1lOb 的第一负极118a与118b，而使上述形成于第一电极122与第二电极120上的热变色材料因 电位差生热而变色。
图4是依照本发明的第三实施例的一种多色系太阳光电电变色装置的剖面示意图，其中使用与第一实施例相同的元件符号来表示相同或类似的构件。
请参照图4，本实施例的多色系太阳光电电变色装置400与第一实施例的差异 在于变色元件402的第二电极120与第一电极122分别位于第二透明基板104与第 一透明基板102上。如此，可使变色元件402成为互补型电变色元件(complementary electrochromic device)。
此外，变色元件的第一与第二电极还可以位于第二透明基板104上，并通过导线 的设置与光电致变色元件相连。
图5是依照本发明的第四实施例的一种多色系太阳光电电变色装置的剖面示意 图，其中使用与第二实施例相同的元件符号来表示相同或类似的构件。
请参照图5，本实施例的多色系太阳光电电变色装置500与第二实施例的差异在 于变色元件502的第二电极120与第一电极122分别位于第二透明基板104与第一透明 基板102上。如此，可使变色元件502成为互补型电变色元件。
图6是依照本发明的第五实施例的一种多色系太阳光电电变色装置的仰视图，其 中使用与第二实施例相同的元件符号来表示相同或类似的构件，同时省略部分构件。请参 照图6，本实施例的多色系太阳光电电变色装置600主要是为了设计具有不同的电位差薄 膜太阳能电池，所以光电致变色元件204可分为(1)由串联的两个薄膜太阳能电池60 和 602b以及⑵单个薄膜太阳能电池IlOa的结构。其余构件的位置与范例请参照第二实施 例。当然，图6的光电致变色元件204设计也可应用到上述其它实施例，因此不再赘述。
图7A与图7B分别是依照本发明的第六实施例的一种多色系太阳光电电变色装置 的仰视图与B-B线段的剖面示意图，其中使用与第一实施例相同的元件符号来表示相同或 类似的构件，同时省略部分构件。
请参照图7A与图7B，本实施例的多色系太阳光电电变色装置700是和上一实施例 一样是为了设计具有不同的电位差薄膜太阳能电池，而将光电致变色元件106分为具有串 联的10个薄膜太阳能电池702以及具有串联的8个薄膜太阳能电池702，每个薄膜太阳能 电池702包括第一正极704、一光电转换层706与第一负极708。因为薄膜太阳能电池702 的数量不同，所以可使连至第二电极120与第一电极122的上、下两光电致变色元件106具 有不同电位差。此外，还可在多色系太阳光电电变色装置700中加上多个钝化层710，分别 设置于薄膜太阳能电池702中的每一光电转换层706的侧壁，用以保护光电转换层706不 受液状或胶状电变色溶液的电变色材料112破坏。
图8是第六实施例的变形例的剖面示意图，其中使用与第六实施例相同的元件符 号来表示相同或类似的构件，同时省略部分构件。
请参照图8，其与第六实施例的差异在于其中的电变色材料是采用分别沉积于第 一正极704的电变色薄膜80 与沉积于第一负极708的电变色薄膜802b。而且，可应用 图3的封装方式，将已经制成膜的固态电解质212夹在第一透明基板102与第二透明基板 104之间，再利用如迭合机或高压釜之类的机器，将第一透明基板102、固态电解质212与第 二透明基板104压合。
图9A是依照本发明的第七实施例的一种多色系太阳光电电变色装置的仰视图， 图9B是图9A的B-B线段的剖面示意图。
请参照图9A与图9B，本实施例的多色系太阳光电电变色装置900可作为显示器使用，其中包括第一透明基板902、相对于第一透明基板902的一第二透明基板904、位于第一 透明基板902上的至少一光电致变色元件906以及位于第一和第二透明基板902与904之 间的变色元件908。上述光电致变色元件906包括数个薄膜太阳能电池(如第二实施例的 IlOa与IlOb)以及一电变色材料(如第二实施例的206)。具有不同的电位差的薄膜太阳能 电池包括一第一正极910a与910b、一光电转换层(未绘示)与一第一负极91 与912b。 变色元件908则包括一第一电极914、一第二电极916与分别位于第一电极914与第二电 极916上的一第一变色材料918和一第二变色材料920。第七实施例的第一电极914与第 二电极916分别连至第一负极912b与912a。由于第一电极914与第二电极916具有不同 的图案化结构，因此当多色系太阳光电电变色装置900受到阳光照射时，薄膜太阳能电池 会直接提供电流，让光电致变色元件906和变色元件908中的电变色材料与第一变色材料 918和第二变色材料920变色。此外，变色元件908在第一透明基板902和第二透明基板 904之间还可以有胶态或固态电解质922。上述各构件的材料可参照第二实施例所述。
图9C是第七实施例的一种变形例的示意图，在此图中使用与第一实施例类似的 液状或胶状电变色溶液拟4来取代第一变色材料918、第二变色材料920以及胶态或固态电 解质922。
在本发明的多色系太阳光电电变色装置中，薄膜太阳能电池例如是硅薄膜太阳能 电池、铜铟镓硒(CIGQ薄膜太阳能电池或碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池。
以下列举几个实验来证实本发明的功效，且于下列实验中是以硅薄膜太阳能电池 模块为范例。
实验一
将正极变色材料N，N，N’，N’ -四甲基-1，4-苯二胺(TMPD)以及庚基紫精(HV) 正、负极有机小分子电变色材料，依照其分子量分别配制0. 1M，溶于碳酸丙烯酯(propylene carbonate)溶剂内，再添加LiClO4 0. 1M，并搅拌配成均勻透明无色的电变色溶液。将以上 电变色溶液进行循环伏安(cyclic voltammograms, C-V)图扫瞄，扫瞄速率为100mV/s，扫 瞄范围是OV 1. 6V，得到图10的曲线。图10显示在0. 8V的第一个氧化峰为TMPD的氧化 着色峰，第二个为HV的氧化峰，还原一样是HV先然后回到0. 4V就是TMPD的还原峰。操作 的最低着色电位在约0. 6V就有着色的效果，可以搭配图11的UV-Vis (可见光)吸收观察。 由图11中可以看到，反应的电位大于0. 4V之时就有稍微的着色，大于0. 6V就有明显的着 色现象，两个特征吸收峰是由TMPD与HV共同贡献的。操作大于0. 8V之时，颜色的吸收就 没有呈现线性的增加，所以操作在0.8V之下是比较适合的操作电位。在电流响应的部分， 控制在0 0. 6V的操作电位之下，反应的时间可以在一秒之内完成，如图12所示。
实验二
将面积为5cmX5cm的一玻璃基板1300上呈矩阵排列状且单一面积约为0. 25cm2 的硅薄膜太阳能电池130 与1302b的其中两个单一矩阵的正极1304接地，如图13所示。 以上两个单一矩阵的硅薄膜太阳能电池的负极1306设计成具至少0.6伏特(Volts)以上 的电位差。其中，第一个单一矩阵的硅薄膜太阳能电池1302a的开路电压Voc约为0. 93V, 电流密度Jsc为12. 3mA/cm2, FF约为73. 03%, Pmax为2. Imff以及效率约为8. 4%，而第二 个单一矩阵的硅薄膜太阳能电池1302b的Voc约为1. 57V，电流密度Jsc为7. 12mA/cm2,FF 约为59. 16%,Pmax为1. 66mff以及效率约为6. 6%。以上硅薄膜太阳能电池130 与1302b的光电转换特性如图14及图15的IV曲线所示。
再利用条状(ribbon)导线1308的一端各别焊接在负极1306，并将条状(ribbon) 导线1308的另一端和两片面积各别为IcmX Icm的导电玻璃1310a与1310b接触。再将以 上两片导电玻璃1310a与1310b浸泡在含TMPD-HV电变色溶液1312的电化学槽1314里，如图 13所示。当太阳光照射上述娃薄膜太阳能电池130 与130 时，在5分钟的时间内，在正极 的导电玻璃1310a处产生TMPD正极变色而在负极的导电玻璃1310b处产生HV负极变色。
实验三
将面积为5cmX5cm的第一玻璃基材上，呈矩阵排列状且单一面积约为0. 25cm2 的硅薄膜太阳能电池的其中两个单一矩阵的正极接地，以上两单一矩阵的硅薄膜太阳能 电池的负极并设计成具至少o.evoits的电位差。其中所使用的是硅薄膜太阳能电池呈 矩阵排列第一个单一矩阵的硅薄膜太阳能电池的开路电压Voc为0. 93V，电流密度Jsc为 12. 29mA/cm2,FF为73. 03%,Pmax为2. lmW，而第二个单一矩阵硅薄膜太阳能电池的Voc为 1. 57V,电流密度 Jsc 为 7. 23mA/cm2, FF 为 59. 08%, Pmax 为 1. 68mff 以及效率为 6. 7%0
再利用条状(ribbon)导线各别焊接在以上具电位差的第一和第二矩阵的硅薄膜 太阳能电池的负极，并将条状(ribbon)导线的另一端和两片面积各别为IcmXlcm的导电 玻璃接触。将胶态状的TMPD-HV涂布于面积为IOcmX IOcm的第二透明玻璃基材上，再将以 上具电位差的第一玻璃基材硅薄膜太阳能电池覆盖在第二透明玻璃基材上形成光电致变 色元件。同时将以上两片IcmX Icm的导电玻璃各别覆盖在第二透明玻璃基材上形成电变 色元件。当太阳光照射上述硅薄膜太阳能电池时，在5分钟的时间内，光电致变色元件的正 极及负极同时产生变色，而在正极导电玻璃处产生TMPD正极变色而在负极导电玻璃处产 生HV负极变色。
从以上实验可知本发明确实能够实现多色系光电电变色元件照光变色的效果。
此外，本发明的多色系太阳光电电变色装置中的光电致变色元件可通过加入耦合 至薄膜太阳能电池的输出开关配置，控制由这些薄膜太阳能电池提供的电流的输出。以下 几种方式皆可以做成光电致变色元件的开关
1.利用直流/交流转换装置(DC/AC hverter) 1600，将薄膜太阳能电池产生的电 流转换为交流电之后可作为市电1602供应一般电器使用，如图16所示。
2.运用薄膜晶体管(TFT)等制程，在薄膜太阳能电池正负极两端都制作薄膜晶体 管1700当作开关，来单独控制硅薄膜太阳能电池与外接电路的开关(On/Off)，如此可达成 主动式控制光电致变色元件如图17所示。
综上所述，本发明的多色系太阳光电电变色装置为利用薄膜太阳能电池驱动光电 致变色元件中的固态或胶状的电变色材料，并使薄膜太阳能电池的正、负极同时扮演光电 致变色元件的正极及负极。同时，设计不同薄膜太阳能电池的负极和负极间产生电位差，并 通过薄膜太阳能电池间的电位差来驱动电变色元件中的变色材料。因此，以上的多色系光 电电变色元件除了可提高整体元件的透光面积，同时也可以设计为电变色显示器。在不同 的照光强度下呈现不同的颜色变色以提高颜色多样性。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域 中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明 的保护范围当视所附的权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，包括 一第一透明基板；一第二透明基板，相对于该第一透明基板；至少一光电致变色元件，位于该第一透明基板上，其中该光电致变色元件包括 数个薄膜太阳能电池，该些薄膜太阳能电池之间具有不同的电位差，且各该薄膜太阳 能电池包括一第一正极、一光电转换层与一第一负极，其中每一薄膜太阳能电池的该第一 正极与该第一负极同时扮演该光电致变色元件的正极及负极；至少一电变色材料，该电变色材料位于该些薄膜太阳能电池上；至少一变色元件，位于该第一透明基板与该第二透明基板之间，其中该变色元件包括一第一电极与一第二电极；至少一变色材料，该变色材料位于该第一电极与该第二电极上，其中 具有不同的电位差的该些薄膜太阳能电池的该些第一负极分别连至该变色元件的该 第一电极与该第二电极。
2.根据权利要求1所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，该些薄膜太阳能 电池中具有电位差的彼此串联。
3.根据权利要求1所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，该第一电极与该 第二电极都位于该第一透明基板上、该第一电极与该第二电极都位于该第二透明基板上； 或者该第一电极与该第二电极分别位于第二透明基板与该第一透明基板上。
4.根据权利要求1所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，该第一电极与该 第二电极包括不同的图案化结构。
5.根据权利要求1所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，该些薄膜太阳能 电池包括呈矩阵排列或呈条状排列。
6.根据权利要求1所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，该电变色材料或 该变色元件的该变色材料包括位于该第一透明基板与该第二透明基板之间的液状或胶状 电变色溶液。
7.根据权利要求6所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，该液状或胶状电 变色溶液的成分包括氧化/还原型有机小分子电变色材料。
8.根据权利要求6所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，该液状或胶状电 变色溶液的成分还包括液态电解质。
9.根据权利要求8所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，该液态电解质包 括碱金属盐以及溶剂。
10.根据权利要求1所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，该电变色材料或 该变色元件的该变色材料包括沉积形成的电变色薄膜。
11.根据权利要求10所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，该电变色薄膜 的成分包括由苯胺单体、二氧乙基噻吩单体或紫精单体聚合而成的高分子聚合物，或者普I=I I ' τπ. ο
12.根据权利要求10所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，该电变色薄膜 的材料包括过渡金属氧化物。
13.根据权利要求10所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，该光电致变色 元件或该变色元件还包括与该电变色薄膜接触的胶态或固态电解质。
14.根据权利要求1所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，该变色元件的该 变色材料包括热变色材料。
15.根据权利要求14所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，该热变色材料 包括二氧化钒。
16.根据权利要求1所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，该些薄膜太阳能 电池包括硅薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池或碲化镉薄膜太阳能电池。
17.根据权利要求1所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，该第一透明基板 或该第二透明基板包括玻璃、塑料或可挠性基材。
18.根据权利要求1所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，还包括多数个钝 化层，分别设置于该些薄膜太阳能电池中的每一光电转换层的侧壁。
19.根据权利要求1所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，还包括一反射镀 膜，设置于该第二透明基板的表面。
20.根据权利要求1所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，还包括一输出开关配置，与该些薄膜太阳能电池相连；一直流/交流转换装置，与该输出开关配置相连，以将该些薄膜太阳能电池提供的电 流转换为市电。
21.根据权利要求1所述的多色系太阳光电电变色装置，其特征在于，还包括薄膜晶体 管，分别连接到每一薄膜太阳能电池的该第一正极与该第一负极，以便单独控制每一薄膜 太阳能电池与外接电路的开关。
全文摘要
本发明涉及一种多色系太阳光电电变色装置，包括相对的第一与第二透明基板、位于第一透明基板上的光电致变色元件以及位于第一与第二透明基板之间的变色元件。上述光电致变色元件包括薄膜太阳能电池以及在薄膜太阳能电池上的电变色材料。所述薄膜太阳能电池之间具有不同的电位差，且各薄膜太阳能电池包括正极、光电转换层与负极，其中每一薄膜太阳能电池的正极与负极同时扮演所述光电致变色元件的正极及负极。至于变色元件则包括两电极及其上的变色材料，其中具有不同的电位差的那些薄膜太阳能电池的负极分别连至变色元件的第一电极与第二电极。
文档编号G02F1/15GK102033380SQ20091017920
公开日2011年4月27日 申请日期2009年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者黄莉媚 申请人:财团法人工业技术研究院