可调变太阳光电电变色组件及模块的制作方法

专利名称：可调变太阳光电电变色组件及模块的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种电致变色组件，且特别是有关于一种可调变太阳光电电变色组件(tunable photovoltaic electrochromic device)及模块。
背景技术：
典型的电致变色组件结构分为固态型以及溶液型。固态型电致变色组件的结构是由上、下两层透明基板和其间的多层不同功能的涂层/镀层(如透明导电层、电致变色薄膜、固态电解质与离子储存层)所构成的结构。溶液型电致变色组件的结构则是由两面导电透明基板、透明导电电致变色涂层和基板之间的电解质溶液所构成。相较于历史较为悠久的电致色变(electrochromism)，光电致色变 (photoelectrochromism)技术是只需照光而不需另外提供能量就可使电致变色层作用，更具备节能效果。一开始的光电致色变技术是以电致色变层普鲁士蓝Gaussian blue)与光敏感层二氧化钛(110 的复合膜作为照光变色的概念，而近年来则利用这样的概念，将光敏感层与电致变色层分开于两极，以利组成组件，这样的组件可以视为将电致变色材料嵌入染料敏化太阳电池，也成为目前光电致色变领域最为广泛研究的系统。然而，上述结构在实际开发应用方面仍面对诸多问题，例如光敏感层的稳定性或组件大面积的可行性。另一种研究是将薄膜太阳电池与电致变色组件同时形成在一块基板上，再另外利用适当的开关来控制电致变色组件与薄膜太阳电池，如美国专利US 5384653 所揭露。然而，这件美国专利的控制单元(control box)仅能凭借开关来利用太阳电池或者蓄电池驱动电变色组件着色或退色。再者，美国专利US 5377037发明一种太阳电池和电致变色装置结合成单一装置的设计，主要是在第一面导电玻璃基板上，将硅薄膜太阳电池以迭层(tandem)方式和无机电致变色装置结合，而以相向的方式将硅薄膜太阳电池模块和另一面透明导电玻璃基板结合，其间配置有液态有机电解质溶液或固态无机电解质层。该装置应用预设好的泄漏电阻 (bleed resistor)来进行电致变色材料的开关控制，其中该泄漏电阻是以串联的方式将电致变色材料和薄膜太阳电池进行连接。

发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种可调变太阳光电电变色组件，可透过外加的电路设计，使控制模式多样化。本发明再提供一种可调变太阳光电电变色模块，具备组件大面积与控制多样化的效果，且具有良好的变色均勻度。本发明另提供一种可调变太阳光电电变色模块，同样具备组件大面积与控制多样化的效果，且具有良好的变色均勻度。本发明提出一种可调变太阳光电电变色组件，至少包括一透明基板、一薄膜太阳电池、一第一透明导电层、一电致变色材料以及一第一切换装置。其中，薄膜太阳电池位于透明基板上并具有一正极层、一负极层与位在正、负极层之间的一光电转换层。第一透明导电层位于薄膜太阳电池旁的透明基板上，且第一透明导电层与薄膜太阳电池互不接触。电致变色材料至少覆盖第一透明导电层所暴露出的表面与薄膜太阳电池，其中第一透明导电层与薄膜太阳电池的负极层同时扮演上述电致变色材料的正极及负极。而第一切换装置则电性连接第一透明导电层和薄膜太阳电池中的正、负极层，其中第一切换装置透过至少一开关控制信号进行一控制模式。在本发明的一实施例中，上述薄膜太阳电池的正极层具有一暴露表面，且可调变太阳光电电变色组件还包括位于正极层的暴露表面上的一第一绝缘层、位于第一绝缘层上的上述第一透明导电层。在本发明的一实施例中，上述可调变太阳光电电变色组件还包括位于薄膜太阳电池的负极层上的一第二绝缘层、位于第二绝缘层上的一第二透明导电层、以及一第二切换装置。所述第二切换装置电性连接第二透明导电层和薄膜太阳电池中的正与负极层，其中第二切换装置透过上述至少一开关控制信号进行控制模式。在本发明的一实施例中，上述电致变色材料为一溶液型电致变色材料溶液型电致变色材料。在本发明的一实施例中，上述电致变色材料包括位于第一透明导电层上的一第一电致变色薄膜与覆盖第一电致变色薄膜及薄膜太阳电池的一胶态或固态电解质。在本发明的一实施例中，上述电致变色材料包括位于第二透明导电层上的一第二电致变色薄膜与覆盖第二电致变色薄膜及第一透明导电层的一胶态或固态电解质。在本发明的一实施例中，上述可调变太阳光电电变色组件还包括一离子储存层， 设置于第二透明导电层上。在本发明的一实施例中，上述可调变太阳光电电变色组件还包括耦接第一切换装置的第一充放电装置，以储存来自薄膜太阳电池的电流以及/或是提供第一透明导电层电源。在本发明的一实施例中，上述可调变太阳光电电变色组件还包括一第二充放电装置，耦接第二切换装置，以储存来自薄膜太阳电池的电流以及/或是提供第二透明导电层电源。在本发明的一实施例中，上述可调变太阳光电电变色组件还可包括一光敏电阻薄膜，设置于负极层的表面上。在本发明的一实施例中，上述可调变太阳光电电变色组件还包括至少一可调整阻抗值的外接回路阻抗，耦接于薄膜太阳电池的正、负极层。本发明再提出一种可调变太阳光电电变色模块，至少包括一透明基板、薄膜太阳电池、第一绝缘层、第一透明导电层、电致变色材料以及一第一切换装置。薄膜太阳电池位于透明基板上，其中每一薄膜太阳电池至少具有一正极层、一负极层与所处正和负极层之间的一光电转换层，其中正极层与负极层其中的一具有一暴露表面自薄膜太阳电池之间暴露出来。第一透明导电层则分别位于每一暴露表面上，而第一绝缘层分别位于每一暴露表面与每一第一透明导电层之间。电致变色材料分别覆盖至少一个第一透明导电层所暴露出的表面与至少一个薄膜太阳电池，其中第一透明导电层与薄膜太阳电池的负极层同时扮演电致变色材料的正极及负极。第一切换装置则电性连接电致变色材料底下的一个第一透明导电层与一个薄膜太阳电池的正与负极层，其中第一切换装置透过至少一开关控制信号进行一控制模式。在本发明的另一实施例中，上述可调变太阳光电电变色模块还包括多个第二绝缘层、多个第二透明导电层与至少一第二切换装置。上述第二绝缘层位于各薄膜太阳电池的负极层上，而第二透明导电层位于第二绝缘层上，至于第二切换装置是电性连接第二透明导电层和一个薄膜太阳电池中的正与负极层，其中上述第二切换装置透过至少一开关控制信号进行控制模式。在本发明的另一实施例中，上述薄膜太阳电池是以串联方式连接。在本发明的另一实施例中，在同一电致变色材料底下的上述第一透明导电层下的正极层与同一电致变色材料底下的薄膜太阳电池的正极层互不相连；且上述第一切换装置电性连接同一电致变色材料底下的第一透明导电层与薄膜太阳电池的正极层与负极层。在本发明的另一实施例中，上述至少一第一切换装置为单一第一切换装置，电性连接各电致变色材料底下的第一透明导电层与各薄膜太阳电池的正极层与负极层，且可调变太阳光电电变色模块还可包括单一个第一充放电装置，耦接该第一切换装置，以储存来自薄膜太阳电池的电流以及/或是提供第一透明导电层电源；以及多个可调整阻抗值的外接回路阻抗，耦接各薄膜太阳电池中的负极层、第一透明导电层与第一充放电装置，以单独控制各电致变色材料的变色深浅。在本发明的另一实施例中，上述电致变色材料为一溶液型电致变色材料。在本发明的另一实施例中，上述电致变色材料包括位于每一第一透明导电层所暴露出的表面的一第一电致变色薄膜以及覆盖第一电致变色薄膜和薄膜太阳电池的一胶态或固态电解质。在本发明的另一实施例中，上述电致变色材料包括位于每一第二透明导电层所暴露出的表面的一第二电致变色薄膜以及覆盖第二电致变色薄膜和第一透明导电层的一胶态或固态电解质。在本发明的另一实施例中，上述可调变太阳光电电变色模块还包括至少一第一充放电装置，耦接第一切换装置，以储存来自薄膜太阳电池的电流以及/或是提供第一透明导电层电源。在本发明的另一实施例中，上述可调变太阳光电电变色组件还包括至少一第二充放电装置，耦接第二切换装置，以储存来自薄膜太阳电池的电流以及/或是提供第二透明导电层电源。在本发明的另一实施例中，上述第二透明导电层上还可设置一离子储存层。在本发明的另一实施例中，上述可调变太阳光电电变色模块还包括一光敏电阻薄膜，设置于负极层的表面。在本发明的另一实施例中，上述可调变太阳光电电变色模块还包括一第二充放电装置，耦接第二切换装置，以储存来自薄膜太阳电池的电流以及/或是提供第二透明导电层电源。在本发明的另一实施例中，上述可调变太阳光电电变色模块还包括至少一组可调整阻抗值的外接回路阻抗，耦接薄膜太阳电池中的至少一正极层与至少一负极层，以单独控制各电致变色材料的变色深浅。
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在本发明的另一实施例中，上述可调整阻抗值的外接回路阻抗包括数个共阳极可变阻抗，其一端耦接一个薄膜太阳电池中的正极层，另一端耦接每个薄膜太阳电池中的负极层。在本发明的另一实施例中，上述可调整阻抗值的外接回路阻抗包括数个共阴极可变阻抗，其一端耦接一个薄膜太阳电池中的负极层，另一端耦接每个薄膜太阳电池中的正极层。在本发明的另一实施例中，上述可调整阻抗值的外接回路阻抗包括数个串联可变阻抗，且每一串联可变阻抗的一端耦接一个薄膜太阳电池中的正极层，另一端耦接另一个薄膜太阳电池中的负极层。在本发明的另一实施例中，上述可调整阻抗值的外接回路阻抗包括一头尾连接可变阻抗，耦接一边缘的该薄膜太阳电池的该正极层与另一边缘的该薄膜太阳电池的该负极层。在本发明的另一实施例中，上述可调变太阳光电电变色模块还包括一光敏电阻薄膜，设置于薄膜太阳电池的负极层上。基于以上所述，本发明的结构因为将电变色系统(透明导电层与电致变色材料) 设计成与薄膜太阳电池共享电极，而电变色系统的正极为独立的透明导电层。如此，便可透过外加的电路设计，来控制电变色系统的正极及负极电位差的产生，以形成一种组件开关， 同时达到均勻的变色。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1为依照本发明的一第一实施例的一种可调变太阳光电电变色组件的剖面示意图；图2为图1的组件的电路图；图3A至图3E分别为图1的可调变太阳光电电变色组件及其中的切换装置所进行的数种控制模式的电路示意图；图4A至图4C为依照本发明的一第二实施例的数种可调变太阳光电电变色组件的剖面示意图；图5A至图5G为依照本发明的一第三实施例的数种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图；图6为依照本发明的一第四实施例的一种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图；图7为依照本发明的一第五实施例的一种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图；图8A与图8B为依照本发明的一第六实施例的数种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图；图9为依照本发明的一第七实施例的一种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图IOA与图IOB为第七实施例的另两种模块的剖面示意图；图11为依照本发明的一第八实施例的一种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图；图12A与图12B分别为依照本发明的一第九实施例的两种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图；图13为实验一的硅薄膜太阳电池的光电转换特性的IV曲线图；图14为实验二的普鲁士蓝薄膜的着色以及退色的光谱图；图15为实验三的硅薄膜太阳电池模块的光电转换特性的IV曲线图。符号标识100、600、700、900、1202 透明基板102、500、702、902、1204 薄膜太阳电池104、408、502、528、704、904、1002、1206、1222 透明导电层104a、600a、704a、112 表面106、708a d、906 电致变色材料106a、410、800、922、1004、1212、1224 电致变色薄膜106b,802a d、924、1210 胶态或固态电解质108、412、530、710、908、1006 切换装置110、414、532、712、910、1008、1208 充放电装置114、506、716、914、1204a 正极层116、508、718、916、1204b 负极层118,510,720,918,1204c 光电转换层120、714、804、912、1102 可调整阻抗值的外接回路阻抗122、416、534、722、1010 第一节点124、418、536、724、1012 第二节点400、506a、716a、914a 暴露表面402、406、512、526、706、920、1000、1214、1226 绝缘层404 金属层420、538、726、1014 第三节点422、540、1016 离子储存层504 溶液型电致变色材料514 钝化层516 共阳极可变阻抗518 共阴极可变阻抗520:串联可变阻抗522:头尾连接可变阻抗5M、1100 光敏电阻薄膜602 反射镀膜806 封装材料926 可调变太阳光电电变色组件1200、1220 可调变太阳光电电变色模块
Si、Si，、swl 第一开关S2、S2，、sw2 第二开关S3、S3，、sw3a、sw3b、sw3c 第三开关sw4:第四开关sw5:第五开关sw6 第六开关xl、yl、zl:第一端x2、y2、z2:第二端y3、z3:第三端
具体实施例方式图1为依照本发明的一第一实施例的一种可调变太阳光电电变色组件的剖面示意图。请参照图1，第一实施例的可调变太阳光电电变色组件包括一透明基板100、一薄膜太阳电池102、一第一透明导电层104、一电致变色材料106、一第一切换装置108、一第一充放电装置110，其中透明基板100例如是玻璃、塑料或可挠性基板。而薄膜太阳电池102 是位于透明基板100的表面112上，其中薄膜太阳电池102至少具有一正极层114、一负极层116与位在正、负极层114与116之间的一光电转换层118。在第一实施例中，薄膜太阳电池102例如硅薄膜太阳电池、铜铟镓硒(CIGQ薄膜太阳电池、镉碲(CdTe)薄膜太阳电池或其它适合的太阳电池。此外，还可以在本实施例中外加一个可调整阻抗值的外接回路阻抗120，耦接于薄膜太阳电池102的正极层114与负极层116，以控制电致变色材料106的变色深浅。此外，本实施例如应用于串联结构的模块时，外接回路阻抗120能让每一单一颗薄膜太阳电池102经照光着色时其电量分布平衡，而使整个模块变色颜色均勻。因为本发明是一体型结构且电致变色材料106覆盖第一透明导电层104及薄膜太阳电池102，照光后会产生压差以及电流使电荷在其间移动并产生氧化还原反应。本发明中的第一透明导电层104与薄膜太阳电池102是并排结构，利用切换装置电性连接第一透明导电层104和薄膜太阳电池102中的正极层114与负极层116后，第一透明导电层104与薄膜太阳电池102的负极层116同时扮演电致变色材料106的正极与负极。参照图1，第一透明导电层104是位于薄膜太阳电池102旁的透明基板100上，电致变色材料106则至少覆盖第一透明导电层104所暴露出的表面10 以及薄膜太阳电池 102。至于上述第一切换装置108是电性连接第一透明导电层104和薄膜太阳电池102中的正极层114与负极层116，而且第一切换装置108是透过至少一开关控制信号进行一控制模式。此时，第一透明导电层104与薄膜太阳电池102的负极层116同时扮演电致变色材料106的正极及负极。第一充放电装置110则耦接上述第一切换装置108，以储存来自上述薄膜太阳电池102的电流以及/或是提供上述第一透明导电层104电源，其中第一充放电装置110例如电容器(capacitor)或蓄电池(battery)。以第一实施例为例，电致变色材料106可为一第一电变色薄膜106a以及覆盖第一电变色薄膜106a和薄膜太阳电池102的一胶态或固态电解质106b，其中第一电变色薄膜106a的成分例如由苯胺(Aniline)单体、二氧乙基噻吩(EDOT)单体或紫晶(Viologen)单体聚合而成的高分子聚合物；或者普鲁士蓝衍生物Gaussian Blue derivatives)。此外，第一电变色薄膜106a也可以是“过渡金属氧化物”(transition metal oxide)，如选自包括 W03、MoO3> V2O5, Cu2O, Nb2O5, NiO、SnO, Fe203> Co0、Ir2O3, Rh2O3 以及 Mr^2 所组成的过渡金属氧化物群，以及“过渡金属”(transition metal)是选自由含有Mn、Mg、 Co、Cu、Ni、Zn、V、Cr、Fe、Bi、Sb、Au、Zn、Pt、Ag、Ti、Nb、Te 与 Se 的过渡金属族群所形成的金属、合金、氢化物(hydride)、硫族化合物(chalcogenide)与碲化物(telluride)。譬如， 过渡金属氢化物是选自含有Sb-Cu、Sb-Al、Mg、Mg-Ti与Mg-Ni的族群；过渡金属硫族化合物是选自含有Nbk与TK2的族群；过渡金属碲化物是选自含有Nbk2的族群。上述过渡金属的薄膜是经由暴露于稀释氢气(dilute hydrogen gas)来改变其光学特性；或者上述过渡金属的薄膜凭借与碱性电解质(alkaline electrolyte)接触来改变其光学特性。至于胶态或固态电解质106b例如含有碱金属盐、溶剂以及高分子材料，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)、聚环氧丙烷(polypropylene oxide)、聚乙烯醇缩丁酸(Poly Vinyl Butyral, PVB)或聚甲基丙炼酸甲酉旨(polymethylmeth—acrylate)。此外，当作为电变色薄膜106a的过渡金属或过渡金属氧化物在真空沉积后，也可凭借连续式真空沉积的方式于透明基板100的表面形成固态电解质106b。这样的固态电解质 106b 譬如无机电解质，如 LixTa0y、LiPON、Ta2O5, ZrO2^MgF2, Li2O, Al2O3 等。以上电致变色材料106的成膜方法包括利用电化学电镀(electrod印osition)、 涂布、溶胶凝胶(sol-gel)方法、真空镀膜方法等；例如电子束蒸镀法(electron beam evaporation) > H(thermal evaporation) > ^ ^ fli IK) ^ (ion-assisted coating)、β "生与与生SIfJt (reactive and non-reactive sputtering)、化学气相沈积(CVD)、电浆增进化学气相沈积(plasma enhanced CVD)或大气压化学气相沈积 (atmospheric pressure CVD)。另外，在成膜制程中，还可利用屏蔽(mask)来改变沈积位置。在第一实施例中，第一充放电装置110的正极与负极分别凭借一第一节点122与一第二节点1 耦接至第一切换装置108，且第一切换装置108例如有一第一开关Si、一第二开关S2、一第三开关S3，其中第一、第二与第三开关S1、S2与S3譬如晶体管开关、机械式开关或光控制开关。而第一开关Sl具有第一端Xl与第二端x2，其中第一端Xl耦接正极层114，而第二端x2耦接第一节点122。第二开关S2则具有第一端yl、第二端y2与第三端 y3，其中第一端yl耦接负极层116，第二端y2耦接第一节点122，而第三端y3耦接第二节点124。第三开关S3也具有第一端zl、第二端z2、第三端z3，其中第一端zl耦接透明导电层104，第二端z2耦接第一节点122，而第三端z3耦接第二节点124。第一实施例的第一切换装置108除了图1所示的例子外，只要能符合图2的电路图，均可用作本发明的切换装置。在图2中，PV代表图1的薄膜太阳电池102、EC代表图1 的电致变色材料106，而在PV与EC之间的则是充放电装置(在图中显示为电容)。图2的切换装置可透过开关控制信号I、II、III进行各种控制模式。因此，用图1的第一切换装置108为例，本发明的切换装置可进行的控制模式有图3A至图3E所示的数种模式，以下一一说明。首先，在图3A显示的控制模式是闲置模式(idle mode)。于闲置模式期间，第一开关Si、第二开关S2与第三开关S3均为开路状态。在图;3B显示的控制模式是充电模式。于充电模式期间，第一开关Sl为导通状态 (即第一端Xl与第二端x2互相导通)、第二开关S2中的第一端yl与第三端y3互相导通以及第三开关S3为不导通状态。因此，照光而自薄膜太阳电池102产生的电流将会储存到第一充放电装置110内。在图3C显示的控制模式是电致变色模式。于电致变色模式期间，第一开关Sl为导通状态、第二开关S2为开路状态、以及第三开关S3中的第一端zl与第二端z2互相导通， 以将薄膜太阳电池102所产生的电流提供给第一透明导电层104，以驱动电致变色材料106 变色。在图3D显示的控制模式是充电并电致变色模式。于充电并电致变色模式期间，第一开关Sl为导通状态、第二开关S2中的第一端yl与第三端y3互相导通、以及第三开关S3 中的第一端zl与第二端z2互相导通。如此一来，经由第一节点122，薄膜太阳电池102所产生的电流不但可提供给第一透明导电层104，也可储存到第一充放电装置110内。而在图3E显示的控制模式是电致退色模式。于电致退色期间，第一开关Sl为不导通状态、第二开关S2中的第一端y 1与第二端y2互相导通、以及第三开关S3中的第一端 zl与第三端z3互相导通。所以，在第一充放电装置110的负极与第一透明导电层104电性相连且第一充放电装置110的正极与薄膜太阳电池102的负极层116电性相连的情形下， 第一充放电装置110会提供逆电压至第一透明导电层104，以使电致变色材料106退色。以上第一实施例仅是本发明的其中一种例子，其中的切换装置、薄膜太阳电池与电致变色材料还可以有多种变形例，如下。图4A是依照本发明的一第二实施例的一种可调变太阳光电电变色组件的剖面示意图，其中使用与第一实施例相同的组件符号来代表相同的构件。请参照图4A，第二实施例的可调变太阳光电电变色组件和第一实施例相同，包括透明基板100、薄膜太阳电池102、第一透明导电层104、电致变色材料106、第一切换装置 108以及第一充放电装置110。两者差异在于，第二实施例中的薄膜太阳电池102的正极层 114具有一暴露表面400。而在此暴露表面400上有一层第一绝缘层402，而第一透明导电层104就位于这层第一绝缘层402上。另外，薄膜太阳电池102的负极层116—般是透明导电氧化物(TC0)，所以在负极层116上形成一层金属层404(如银、金或白金)将有利于电性传导，提高薄膜太阳电池102的光电转换效率以及提高该可调变太阳光电电变色组件的着色及退色的稳定性，此时可将切换装置108中的第二开关S2的第一端yl耦接至金属层 404。除此之外，本实施例如应用于串联结构的模块时，可将金属层404以一层光敏电阻(Wiotoresistor)薄膜取代，如此将可用不同阻抗的光敏电阻薄膜来控制电致变色材料 106渐变的颜色，使模块具有渐层的效果。图4B是第二实施例的另一种可调变太阳光电电变色组件的剖面示意图，其中使用与图4A相同的组件符号来代表相同的构件。在图4B中，于薄膜太阳电池102的负极层 116上还可设一层第二绝缘层406、第二绝缘层406上可设一层第二透明导电层408以及电致变色材料106，其中电致变色材料106可为一第一电致变色薄膜106a与一第二电致变色薄膜410以及覆盖第一电致变色薄膜106a和第二电致变色薄膜410的一胶态或固态电解质106b。然后搭配一个第二切换装置412与一个第二充放电装置414即可调变负极层116 上的第二电致变色薄膜410的颜色。此外，本实施例还可以选择只在第二透明导电层408 有第二电致变色薄膜410，而无第一电致变色薄膜106a，此时胶态或固态电解质106b会直接覆盖第一透明导电层104与第二电致变色薄膜410。为了提高薄膜太阳电池102的透光度，在负极层116只形成一透明导电氧化物 (TCO)。上述第二切换装置412是电性连接第二透明导电层408和薄膜太阳电池102中的正极层114与负极层116，并透过开关控制信号进行控制模式，其中第二切换装置412例如晶体管开关、机械式开关或光控制开关。至于第二充放电装置414则耦接第二切换装置412， 以储存来自薄膜太阳电池102的电流以及/或是提供第二透明导电层408电源，其中第二充放电装置414例如电容器或蓄电池。在图4B中，第二切换装置412例如有一第一开关Si，、一第二开关S2，、一第三开关S3’，其中第一开关Si’的一端耦接负极层116、另一端耦接第一节点416。第二开关S2’ 的一端耦接正极层114、另两端分别耦接第二节点418与第三节点420。第三开关S3’的一端耦接第二透明导电层408、另两端分别耦接第一节点416与第二节点418。其中，第一节点416与第三节点420是相连接的。第二充放电装置414的正负极则是分别接到第二节点 418与第三节点420。图4C是第二实施例的又一种可调变太阳光电电变色组件的剖面示意图，其中使用与图4B相同的组件符号来代表相同的构件。在图4C中，第二电致变色薄膜是一种离子储存层(ion storage layer) 422，离子储存层422的加入会有助于电致变色材料106的电量平衡且可增加组件的着色/退色(on/off)的开关次数。离子储存层422的材料例如是互补聚合电致变色组件(complementary polymeric electrochromic device)白勺材料如聚乙撑二氧噻吩(poly(3，4-ethylenedioxy thiophene, PED0T)、3，4-丙撑二氧噻吩(3， 4-propylenedioxythiophene, ProDOT)、紫晶二或无机材料，如 SiO、NiO、V2O5、WO3 等。因为上述实施例的组件也可制作成模块，所以下列几个实施例是以各种可实施的可调变太阳光电电变色模块为例。图5A是依照本发明的一第三实施例的一种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图，其中使用与第一实施例相同的组件符号来代表相同的构件。请参照图5A，第三实施例的可调变太阳光电电变色模块包括透明基板100、多个薄膜太阳电池500、多个透明导电层502、溶液型电致变色材料504、至少一切换装置108以及至少一充放电装置110。上述薄膜太阳电池500具有一正极层506、一负极层508与一光电转换层510。在第三实施例中，因为薄膜太阳电池500之间是以串联方式连接，所以薄膜太阳电池500之间的正极层506具有一暴露表面506a，而透明导电层502则自薄膜太阳电池500之间暴露出来作为溶液型电致变色材料504的正极，同时溶液型电致变色材料504 与薄膜太阳电池500共享相同的负极层508。此外，在正极层506与透明导电层502之间有一层绝缘层512。至于溶液型电致变色材料504是覆盖透明导电层502所暴露出的表面与薄膜太阳电池500上。其中，至少一个透明导电层502以及被溶液型电致变色材料504覆盖的至少
13一个薄膜太阳电池500就能组成一个可调变太阳光电电变色组件。而切换装置108则电性连接上述可调变太阳光电电变色组件中的透明导电层502和薄膜太阳电池500中的正极层 506与负极层508，以控制可调变太阳光电电变色组件。此时，透明导电层502与薄膜太阳电池500的负极层508同时扮演溶液型电致变色材料504的正极及负极。上述切换装置108 与充放电装置110的耦接方式可参照第一实施例。在本图中所使用的外接回路阻抗为共阳极可变阻抗516，这些共阳极可变阻抗516的一端耦接一个薄膜太阳电池500中的正极层 506、另一端耦接每个薄膜太阳电池500中的负极层508。这样的电路设计可以使每一颗薄膜太阳电池500经照光着色时其电量分布平衡，使串联结构可调变太阳光电电变色模块的变色颜色均勻。此外，还可在每一薄膜太阳电池500中的光电转换层510的侧壁分别设置钝化层514，用以保护光电转换层510不受溶液型电致变色材料504破坏。在第三实施例中，电致变色材料就是溶液型电致变色材料504，其成分例如是氧化/还原型有机小分子电致变色材料。所述氧化/还原型有机小分子电致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晶(methyl viologen)、乙基紫晶(ethyl viologen)、苯基紫晶(benzyl viologen)或丙基紫晶(propyl viologen)；而正极变色材料例如二甲基吩嗪(dimethyl-phenazine)或苯二胺(phenylene diamine)或 N，N, N，， N，-四甲基-1，4-苯二胺(N，N, N，，N，-tetramethyl-l,4-phenylene-diamine, TMPD) 等。此外，上述溶液型电致变色材料504的成分还可包括液态电解质，如包含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)、碳酸乙二酉旨(ethylene carbonate)、Y —丁内酉旨 (y -butyrolactone) > ΔΜ (acetonitrile)、口夫P南(tetrahydrofuran, THF) ^ψ^ 咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone，NMP)。另外，在溶液型电致变色材料504中有可能具有适当添加量的高分子材料，以提高电致变色溶液的黏度，如聚环氧乙烯、聚环氧丙烷或聚甲基丙烯酸甲酯等。因此，第三实施例中的溶液型电致变色材料504也可用以取代第一或第二实施例中的电致变色薄膜106a与胶态或固态电解质106b。图5B是第三实施例的另一种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图，其中使用与图5A相同的组件符号来代表相同的构件。在图5B中所使用的外接回路阻抗为多个共阴极可变阻抗518，这些共阴极可变阻抗518的一端耦接一个薄膜太阳电池500中的负极层 508、另一端耦接每个薄膜太阳电池500中的正极层506。这样的电路设计可以使每一颗薄膜太阳电池500经照光着色时其电量分布平衡，使串联结构可调变太阳光电电变色模块的变色颜色均勻。图5C是第三实施例的又一种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图，其中使用与图5A相同的组件符号来代表相同的构件。在图5C中所使用的外接回路阻抗为多个串联可变阻抗520，且每一串联可变阻抗520的一端耦接一个薄膜太阳电池500中的正极层 506、另一端耦接另一个薄膜太阳电池500中的负极层508，所有可变阻抗520形成串联。以上的电路设计可以使每一颗薄膜太阳电池500经照光着色时其电量分布平衡，使串联结构可调变太阳光电电变色组件的变色颜色均勻。
图5D是第三实施例的再一种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图，其中使用与图5A相同的组件符号来代表相同的构件。在图5D中所使用的外接回路阻抗是一头尾连接可变阻抗522，其耦接一边缘的薄膜太阳电池500的正极层506与另一边缘的薄膜太阳电池500的负极层508。以上的电路设计可以使每一颗薄膜太阳电池500经照光着色时其电量分布平衡，使串联结构可调变太阳光电电变色组件的变色颜色均勻。图5E是第三实施例的另一种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图，其中使用与图5D相同的组件符号来代表相同的构件。在图5E中，还有一层光敏电阻 (Photoresistor)薄膜524，其设置于薄膜太阳电池500的负极层508表面与溶液型电致变色材料504之间。因此，可用不同阻抗的光敏电阻薄膜5 来控制溶液型电致变色材料504 渐变的颜色，以使本实施例的可调变太阳光电电变色模块具有渐层的效果。图5F是第三实施例的又一种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图，其中使用与图5D相同的组件符号来代表相同的构件。在图5F中，于薄膜太阳电池500的负极层 508上还可设一层第二绝缘层526，在第二绝缘层5 上可设一层第二透明导电层528。此时，在第二透明导电层5 上的电致变色材料504的成分中如含有负极变色材料，则可搭配一个第二切换装置530与一个第二充放电装置532即可调变负极层508上的电致变色材料 504的颜色。上述第二切换装置530是电性连接第二透明导电层5 和薄膜太阳电池500 中的正极层506与负极层508，并透过开关控制信号进行控制模式。因此，第二透明导电层 528与透明导电层502同时扮演溶液型电致变色材料504的负极及正极。在图5F中，第二切换装置530例如有一第一开关Si，、一第二开关S2，、一第三开关S3’，其中第一开关Si’的一端耦接负极层508、另一端耦接第一节点534。第二开关S2’ 的一端耦接正极层506、另两端分别耦接第二节点536与第三节点538。第三开关S3’的一端耦接第二透明导电层528、另两端分别耦接第一节点534与第二节点536。其中，第一节点534与第三节点538是相连接的。第二充放电装置532的正负极则是分别接到第二节点 536与第三节点538。图5G是第三实施例的又一种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图，其中使用与图5F相同的组件符号来代表相同的构件。在图5G中，在第二透明导电层5 表面配置一层离子储存层M0，以利溶液型电致变色材料504的电量平衡且可增加组件的着色/退色(on/off)的开关次数，其中离子储存层MO的例子可参照第二实施例，故不再赘述。而且，第二透明导电层528与透明导电层502同时扮演溶液型电致变色材料504的负极及正极。图6是依照本发明的一第四实施例的一种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图，其中使用与第三实施例相同的组件符号来代表相同的构件。请参照图6，其中有另一透明基板600相对于透明基板100配置，而薄膜太阳电池 500与溶液型电致变色材料504则是介于透明基板100与600之间，其中透明基板600例如是玻璃、塑料或可挠性基板。此外，在透明基板600的表面600a还可形成一层反射镀膜 602，以形成镜面，其中反射镀膜602例如一镀银或镀铝或镀铬(chromium)的薄膜。图7是依照本发明的一第五实施例的一种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图。请参照图7，第五实施例的可调变太阳光电电变色模块包括一种透明基板700、多个薄膜太阳电池702、多个透明导电层704、多个绝缘层706、多个电致变色材料708a d、 至少一切换装置710以及至少一充放电装置712。薄膜太阳电池702位于透明基板700上， 且每一薄膜太阳电池702至少具有一正极层716、一负极层718与位在正和负极层716与 718之间的一光电转换层720，其中每一正极层716具有一暴露表面716a自薄膜太阳电池 702之间暴露出来。而透明导电层704是分别位于每一正极层716的暴露表面716a上，绝缘层706则分别位于正极层716与透明导电层704之间。至于电致变色材料708a d是分别覆盖一个透明导电层704所暴露出的表面70 与一个薄膜太阳电池702，其中电致变色材料708a d可为溶液型电致变色材料(可参照第三实施例)。此外，被单个透明导电层704的各个电致变色材料708a d与单个薄膜太阳电池702能形成一个单一的可调变太阳光电电变色组件。在第五实施例中，在同一电致变色材料708b底下的透明导电层704下的正极层 716与同一电致变色材料708b底下的薄膜太阳电池702的正极层716互不相连。因此切换装置710是电性连接一个电致变色材料708c底下的透明导电层704与薄膜太阳电池702 的正与负极层716与718。此时，透明导电层704与薄膜太阳电池702的负极层718同时扮演电致变色材料708a d的正极及负极。另外，还有一充放电装置712耦接上述切换装置 710,以储存来自薄膜太阳电池702的电流以及/或是提供透明导电层704电源。此外，还可以在本实施例中外加至少一组可调整阻抗值的外接回路阻抗714，其耦接于薄膜太阳电池702的透明导电层704与负极层718，在本图中虽然只有一个外接回路阻抗714，但可顺应实际需求增加外接回路阻抗714的数量。在第五实施例中，充放电装置712的正极与负极分别凭借一第一节点722与一第二节点7M耦接至切换装置710，且切换装置710例如有第一开关Si、第二开关S2、第三开关S3，其可为晶体管开关、机械式开关或光控制开关。其中，第一开关Sl的一端耦接正极层 716，另一端耦接一第三节点726 ；第二开关S2的一端耦接负极层718，另两端分别耦接第一节点722和第二节点724 ；第三开关S3的一端耦接透明导电层704，另两端分别耦接第二节点7M和第三节点726。因此，第五实施例可凭借分离式的电致变色材料708a d，将单一电致变色材料708b底下的薄膜太阳电池702的正极层716接到下一电致变色材料708c底下的薄膜太阳电池702的正极层716。图8A是依照本发明的一第六实施例的一种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图，其中使用与图7相同的组件符号来代表相同的构件。。第六实施例所采用的电路类似于第五实施例的模块设计，其中较大差异在于本实施例的电致变色材料是像图1的电致变色薄膜(106a)以及胶态或固态电解质(106b)，详细说明如下。请参照图8A，第六实施例的电致变色薄膜800是位在透明导电层704所暴露出的表面70 上，而胶态或固态电解质80 d分别覆盖一个电致变色薄膜800与一个薄膜太阳电池702，其中电致变色薄膜800与胶态或固态电解质80 d可参照第一实施例的例子，而且在本实施例中的胶态或固态电解质80 d同时具有封装材的效果。至于本图中所使用的外接回路阻抗804是以共阳极可变阻抗为例，这些共阳极可变阻抗804的一端耦接某一个薄膜太阳电池702中的正极层716、另一端耦接每个薄膜太阳电池702中的负极层718。当然，第六实施例中的外接回路阻抗804也可应用图5B 图5C中任一种电路。
在第六实施例中，在同一胶态或固态电解质802b底下的透明导电层704下的正极层716与同一胶态或固态电解质802b底下的薄膜太阳电池702的正极层716互不相连。因此切换装置710是电性连接一个胶态或固态电解质802c底下的透明导电层704与薄膜太阳电池702的正与负极层716与718。此时，透明导电层704与薄膜太阳电池702的负极层 718同时扮演电解质802b底下的电致变色薄膜800的正极及负极。充放电装置712则耦接上述切换装置710，以储存来自薄膜太阳电池702的电流以及/或是提供透明导电层704 电源。图8B是第六实施例的另一种模块的剖面示意图，其中使用与图8A相同的组件符号来代表相同的构件。在图8B中，假使胶态或固态电解质80 d不具封装效果，则可在透明基板700上外加一封装材料806，除此之外均可沿用图8B的结构。图9是依照本发明的一第七实施例的一种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图。请参照图9，第七实施例的可调变太阳光电电变色模块包括透明基板900、多个薄膜太阳电池902、多个透明导电层904、电致变色材料906、至少一切换装置908以及至少一充放电装置910。上述薄膜太阳电池902位于透明基板900上并具有一正极层914、一负极层916与一光电转换层918。透明导电层904同样位于透明基板900上，并自薄膜太阳电池 902之间暴露出来；举例来说，每一薄膜太阳电池902的正极层914具有一暴露表面91 自薄膜太阳电池902之间暴露出来，所以透明导电层904是在这个暴露表面91 之上，并凭借一层绝缘层920与正极层914相隔绝。而电致变色材料906则可参照第一实施例的电致变色材料106，包括一电致变色薄膜922以及至少覆盖电致变色薄膜922与薄膜太阳电池 902的负极层916的一胶态或固态电解质924。在第七实施例中，是由相同的胶态或固态电解质拟4所覆盖的一个透明导电层904、一个电致变色薄膜922与一个薄膜太阳电池902组成一个可调变太阳光电电变色组件926，且各个可调变太阳光电电变色组件926中的胶态或固态电解质924并不相连。另外，还可外加至少一组可调整阻抗值的外接回路阻抗912， 如图5D的头尾连接可变阻抗，耦接于一边缘的薄膜太阳电池902的正极层914与另一边缘的薄膜太阳电池902的负极层916。当然，本实施例也可依照需求改用图5A 图5C中的任一种类外接回路阻抗。此外，由于胶态或固态电解质拟4是个别存在于单一可调变太阳光电电变色组件 926中，因此可大幅减少电量不平衡现象，如此应可预防照光着色不均勻的问题。而切换装置908则电性连接上述可调变太阳光电电变色组件926中的透明导电层904和薄膜太阳电池902中的正极层914与负极层916，以控制可调变太阳光电电变色组件926。上述切换装置908与充放电装置910的耦接方式可参照第一实施例，其中充放电装置910例如电容器 (capacitor)或蓄电池(battery)。此时，透明导电层904与薄膜太阳电池902的负极层 916同时扮演电致变色材料906的正极及负极。图IOA是第七实施例的另一种模块的剖面示意图，其中使用与图9相同的组件符号来代表相同的构件。在图IOA中，除了覆盖透明导电层904与薄膜太阳电池902的电致变色材料906之外，可调变太阳光电电变色组件拟6还可有另一绝缘层1000形成在薄膜太阳电池902的负极层916的表面，在绝缘层1000上可再设一层透明导电层1002，在透明导电层1002上有一层电致变色薄膜1004(如负极电致变色薄膜)，然后搭配一个切换装置1006与一个充放电装置1008即可调变负极层916上的电致变色材料906的颜色。上述切换装置1006是电性连接透明导电层1002和薄膜太阳电池902中的正极层914与负极层916，并透过开关控制信号进行控制模式。此时，透明导电层1002与透明导电层904同时扮演电致变色材料906的负极及正极。此外，本实施例还可以选择只在透明导电层1002上有电致变色薄膜1004，而无电致变色薄膜922在透明导电层904，此时胶态或固态电解质拟4会直接覆盖透明导电层904与电致变色薄膜1004。在图IOA中，切换装置1006例如有一第一开关Si，、一第二开关S2，、一第三开关 S3’，其中第一开关Si’的一端耦接负极层916、另一端耦接第一节点1010。第二开关S2’ 的一端耦接正极层914、另两端分别耦接第二节点1012与第三节点1014。第三开关S3’的一端耦接透明导电层1002、另两端分别耦接第一节点1010与第二节点1012。其中，第一节点1010与第三节点1014是相连接的。至于充放电装置1008的正负极则是分别接到第二节点1012与第三节点1014。图IOB是第七实施例的又一种可调变太阳光电电变色组件的剖面示意图，其中使用与图IOA相同的组件符号来代表相同的构件。在图IOB中，使用一层离子储存层1016来取代图IOA的负极电致变色薄膜1004，离子储存层1016有助于电致变色材料906的电量平衡且可增加组件的着色/退色(on/off)的开关次数。此时，透明导电层1002与透明导电层904同时扮演电致变色材料906的负极及正极。离子储存层1016的材料例如是互补聚合电致变色组件的材料如PEDOT、ftx)D0T、紫晶；或无机材料如&ι0、NiO, V2O5, WO3等。图11是依照本发明的一第八实施例的一种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图，其中使用与第七实施例相同的组件符号来代表相同的构件。请参照图11，第八实施例的可调变太阳光电电变色模块与第七实施例的差异在于每一薄膜太阳电池902的负极层916与胶态或固态电解质拟4之间还可配置一层光敏电阻(Photoresistor)薄膜1100。 因此可用不同阻抗的光敏电阻薄膜1100来控制电致变色材料906渐变的颜色，以使本实施例的可调变太阳光电电变色模块具有渐层的效果。另外，在本图中所使用的外接回路阻抗 1102是以图5C的串联可变阻抗为例，当然本图也可依照需求改用图5A、5B或5D中的任一种类外接回路阻抗。以上图7至图11的模块，因为条状非连续电解质或电致变色材料设计，因此也可 “不加”外接回路阻抗。图12A与图12B分别是依照本发明的一第九实施例的两种可调变太阳光电电变色模块的剖面示意图。请先参照图12A，第九实施例的可调变太阳光电电变色模块1200包括透明基板 1202、串联的薄膜太阳电池1204(包括正极层1204a、负极层1204b与光电转换层12(Mc)、 第一透明导电层1206、第一切换装置、单一个充放电装置1208、固态电解质1210与电致变色薄膜1212。正极层1204a与透明导电层1206之间通常设有绝缘层1214。在图12A中，第一切换装置是由多个开关组成的电路控制装置，且其分别连接透明导电层1206与薄膜太阳电池1204的正极层120 与负极层1204b。当可调变太阳光电电变色模块照光时，将第一切换装置的swl接通，电致变色薄膜1212便会着色。同时sw2、 sw3a以及sw4接通，如此便可将薄膜太阳电池模块1200所产生的电能储存在单一个充放电装置1208内。第九实施例的储电机制与一般的薄膜太阳电池膜组类似，为利用sw3a与sw4以及swl与sw2接通串联的薄膜太阳电池1204的负、正极(1204b和1204a)两端连接到单一个充放电装置1208。如要使可调变太阳光电电变色模块1200退色，则须接通sw5、sw3a 和每个sw;3b以使单一个充放电装置1208与每个负极1204b连接，并且接通sw6到各个透明导电层1206以提供逆电压及电流。由于第九实施例的电致退色仅需由单一个充放电装置1208提供逆电压及电流，因此连接到各薄膜太阳电池负极层1204b与透明导电层1206 均以可调变电阻来保护薄膜太阳电池。在图12B中则显示另一种可调变太阳光电电变色模块1220，其与图12A的差异在于薄膜太阳电池1204的负极层1204b上可再设一层透明导电层1222，在透明导电层1222 上有一层电致变色薄膜1224(如负极电致变色薄膜)，且负极层1204b与透明导电层1222 之间通常设有绝缘层1226，然后搭配单一个切换装置与单一充放电装置1208即可调变负极层1204b上的电致变色薄膜12M的颜色。另外，第九实施例中的固态电解质1210与电致变色薄膜1212、12M还可置换成溶液型电致变色材料(如图5A的504)。此外，图12A与图12B的薄膜太阳电池模块1200、 1220中还可参照以上各实施例的结构设置电致变色材料、离子储存层或者光敏电阻薄膜等，故不在此赘述。在以上实施例中，薄膜太阳电池所产生的电能以化学能的方式用来驱动电变色系统(透明导电层与电致变色材料)变色，其机制为一般电化学的氧化还原反应并透过一切换装置的开关控制信号进行着色及退色调变。相同的原理与组件结构可应用于储蓄电池 (battery)、电化学电容(electrochemical capacitor)或称超级电容(super capacitor)。以下列举几个实验来证实本发明的功效，且于下列实验是以硅薄膜太阳电池为范例。实验一实验一中，验证可调变太阳光电电变色组件的on/off开关电路设计。准备一片 IcmXkm的第一透明玻璃基板，并在其上制作一单一组硅薄膜太阳电池(cell)，其中该硅薄膜太阳电池的正、负极的面积各为0.5cmXkm。该硅薄膜太阳电池的IV curve为，如图 13 所示，其中 Voc = 1. 33volt、Jsc = 11. 52mA/cm2、F. F%= 61. 94%, PwrMax = 22. 65mff 以及发电效率=9. 44%。接着，利用355nm波长的雷射在硅薄膜太阳电池正极所曝露出的部分面积进行剥除，以隔离大部分的正极面积并形成如图1的透明导电层，并在隔离后的透明导电层的表面上形成一层普鲁士蓝Gaussian Blue)薄膜。然后在一块电路板上制作出如图1的切换装置的电路，并耦接至一电容器，再将硅薄膜太阳电池的正极以及负极与透明导电层分别连接到上述电路板上。由以上的电路设计，可透过切换装置控制该透明导电层表面上的普鲁士蓝薄膜的照光着色以及退色。将以上的硅薄膜太阳电池放置到0. IM LiClO4/去离子水(DI water)电解液中， 并设定切换装置的控制模式为由硅薄膜太阳电池供电的充电及电致变色模式。当太阳光照射上述组件时，在10秒钟时间内，透明导电层表面的普鲁士蓝薄膜开始变色，由透明无色逐渐变成浅蓝色。然后，设定切换装置的控制模式为电致退色模式，可观察透明导电层上的普鲁士蓝薄膜在3秒钟时间内，由浅蓝色逐渐变成透明无色，故可证明电容器提供至电致变色薄膜的逆电压能达到退色的效果。普鲁士蓝薄薄膜的照光着色以
19及退色的光学对比如图14所示。实验二在实验二，可调变太阳光电电变色模块中的单一组硅薄膜太阳电池(cell)的表面以连续的固态电解质接触。准备一片3cmXkm的透明玻璃基板，并在其上制作彼此串联的三组硅薄膜太阳电池cell，每一组硅薄膜太阳电池的正、负极面积各为0. 5cmXkm，其中正极由负极间曝露出。该硅薄膜太阳电池模块的光电转换特性如下，Voc = 3. 98volts、Isc = 27. 84mA、 F. F%= 67. 31%,PwrMax = 74. 67mff以及模块发电效率=5. 66%。(模块发电效率仅算实际的发电面积)。接着，在硅薄膜太阳电池之间露出的正极上依序形成一层SiNx薄膜、一层ITO薄膜以及一层普鲁士蓝Gaussian Blue)薄膜，其中设计成一部分硅薄膜太阳电池的正极在边缘处由SiNx层露出，如此的设计便可达到SiNx绝缘层将硅薄膜太阳电池的正极和ITO 层隔离的效果。然后，使用和图5A相同(但没有外加可变电阻)的方式制作切换装置，并耦接至电容器，再将硅薄膜太阳电池模块正极端的第一组硅薄膜太阳电池(cell)的正极与负极以及ITO薄膜分别连接到上述切换装置上，形成由三个单一可调变太阳光电电变色组件串联组成的可调变太阳光电电变色模块。由于因上述硅薄膜太阳电池模块由三颗硅薄膜太阳电池组成，因此就会有三组切换装置以单独控制单一组件。接着，在 0. IM 四氟硼酸四丁铵(tetrabutylammonium tetrafluoroborate, TBABF4)/碳酸丙烯酯(propylene carbonate)中添加 5wt%聚环氧乙烧(Poly Ethylene Oxide, PE0)形成固态电解质。接着，在整面硅薄膜太阳电池模块覆盖以上的固态电解质， 并设定切换装置的控制模式为由硅薄膜太阳电池供电的充电并电致变色模式。当太阳光照射上述可调变太阳光电电变色组件时，在1分钟的时间内，普鲁士蓝薄膜开始变色，由透明无色逐渐变成浅蓝色，再变成浅绿色。然后，设定切换装置的控制模式为电致退色模式，可观察普鲁士蓝薄膜在1分钟的时间内，由浅绿逐渐退回浅蓝色最后变成透明无色，故可证明电容器提供至电致变色薄膜的逆电压能达到退色的效果。并验证可调变太阳光电电变色模块的可行性。由实验二所得到的结论，普鲁士蓝薄膜经照光变成浅绿色的主要是因为过度氧化所造成；其原因是因为硅薄膜太阳电池模块如果整面直接和电解质接触，会因为硅薄膜太阳电池(cell)是以串联方式连接，因此太阳电池(cell)和太阳电池(cell)之间产生的电量不平衡，使靠近模块正极端容易产生过度氧化而在负极端容易产生过度还原反应。即使每个硅薄膜太阳电池的正极层具有同样的电镀普鲁士蓝薄膜，但照在硅薄膜太阳电池模块两端的两个硅薄膜太阳电池的光不同，产生的照光着色变化也会不同。以下实验三、实验四以及实验五则依序提出非连续条状固态电解质的模块结构、 应用外接可变电阻以及应用电致变色系统进行串联，以获得着色较为均勻的太阳光电电变色模块。实验三在实验三中，可调变太阳光电电变色模块中的单一组件(单一组硅薄膜太阳电池)的表面上的不连续条状固态电解质是彼此独立的，并不与其它太阳电池(cell)的条状固态电解质接触，类似图9所示的结构。
首先准备一片3cmXkm的第一透明玻璃基板，并在其上制作彼此串联的三组硅薄膜太阳电池(cell)，每一组硅薄膜太阳电池的正、负极面积各为0. 5cmXkm，其中正极由负极间曝露出。该硅薄膜太阳电池模块的IV curve如图15所示，其中Voc = 4. OOvolts, Isc = 26. 57mA、F. F%= 64. 94%, PwrMax = 69. 09mff 以及发电效率=5. 23% (模块发电效率仅算实际的发电面积)。接着，利用半导体制程在硅薄膜太阳电池模块中的单一组件硅薄膜太阳电池 (cell)之间露出的大部分正极面积上依序形成一层SiNx层、一层ITO薄膜以及一层普鲁士蓝Gaussian Blue)薄膜，其中另一部分的正极面积在边缘处由SiNx层及普鲁士蓝层露出。然后在一块电路板上制作出如实验二的切换装置的电路，并耦接至一电容器，再将一单一组硅薄膜太阳电池的正极与负极以及ITO薄膜分别连接到上述切换装置上，形成由三个单一组件串联组成的可调变太阳光电电变色模块。由以上的电路设计，可透过切换装置控制ITO表面上的普鲁士蓝薄膜的照光着色以及退色。接着，在0. IM TBABF4/碳酸丙烯酯添加5wt%聚环氧乙烷(PEO)形成固态电解质。接着，在覆盖于薄膜太阳电池的正极层上的普鲁士蓝薄膜以及各个薄膜太阳电池上覆盖条状固态电解质(排除未被SiNx覆盖的正极层的边缘处区域)，并形成一个单一组件，然后设定切换装置的控制模式为由硅薄膜太阳电池供电的充电并电致变色模式。在实验三中，每一可调变太阳光电电变色组件中的条状固态电解质是彼此独立的，且所覆盖面积包含一组薄膜太阳电池(一个正极与一个负极)，但单一组件中的条状固态电解质不与相邻组件中的条状固态电解质接触。以上作法可以将每一个可调变太阳光电电变色组件中的正负离子限制在单一组件的条状电解质内，并可预防覆盖在串联结构硅薄膜太阳电池模块上的连续电解质层所产生的电量不平衡的现象，并可使实验三的组件照光变色更为均勻。当太阳光照射上述模块时，在1分钟的时间内，普鲁士蓝薄膜开始变色，由透明无色逐渐变成浅蓝色，在正极端的第一组硅薄膜太阳电池并没有过度氧化反应产生。因此，可证明具有个别覆盖在单一/单对薄膜太阳电池上的条状固态电解质的可调变太阳光电电变色模组，可大幅减少电量不平衡现象，而具有较佳的照光着色均勻度。然后设定切换装置的控制模式为非充电并电致退色模式，可观察ITO层表面的普鲁士蓝薄膜在1分钟时间内，由浅蓝色逐渐变成透明无色。并验证条状固态电解质的设计可改善单一组件可调变太阳光电电变色模块的颜色均勻性。实验四(应用可变电阻以改善颜色均勻性)在实验四中，可调变太阳光电电变色模块共享同一层固态电解质，且每个串联的硅薄膜太阳电池都与这层固态电解质接触，并应用外接可调变电阻以改善组件变色的均勻性。首先准备一片和实验三相同的硅薄膜太阳电池模块，并利用半导体制程在硅薄膜太阳电池模块中的单一组硅薄膜太阳电池(cell)之间露出的大部分正极面积上依序形成一层SiNx薄膜、一层ITO薄膜以及一层普鲁士蓝Gaussian Blue)薄膜，其中一小部分的正极面积在边缘处由SiNx层及普鲁士蓝层露出。然后，使用和实验三相同的方式制作切换装置，并耦接至电容器，再将一单一组硅薄膜太阳电池的正极与负极以及ITO层分别连接到上述切换装置上，形成一单一组件可调变太阳光电电变色模块。
并准备一片IOcmX IOcm的透明玻璃基板。接着，在0. IM TBABF4/碳酸丙烯酯并添加5wt% PEO0再将上述的固态电解质覆盖在透明玻璃基板上，然后将硅薄膜太阳电池模块覆盖电解质，并设定每一组硅薄膜太阳电池的切换装置的控制模式为由硅薄膜太阳电池供电的充电并电致变色模式。接者，利用可调整阻抗值的外接回路阻抗来单独控制各个薄膜太阳电池的变色深浅。本实验利用共阳极可变阻抗的设计，其电路设计为利用等同于薄膜太阳电池数量的可变阻抗，而所有外接可变阻抗的一端都集中连接至共接阳极，而另一端则各自接至各薄膜太阳电池的阴极。由于实验三的硅薄膜太阳电池模块的单一组件有三组，因此供有三组可变电阻各别连接至共接阳极。可变电阻的阻值范围由IOohm到2M ohm。然后设定切换装置的控制模式为由每一组硅薄膜太阳电池供电的充电并电致变色模式。当太阳光照射上述组件时，在1分钟时间内，每一组(单一可调变太阳光电电变色组件的)硅薄膜太阳电池的普鲁士蓝薄膜开始变色，由透明无色逐渐变成浅蓝色。以上的电路设计可以使每一颗薄膜太阳电池经照光着色时其电量分布平衡，使串联结构可调变太阳光电电变色模块的变色颜色均勻。然后设定切换装置的控制模式为非充电并电致退色模式，可观察电致变色薄膜在 1分钟时间内，由浅蓝色逐渐变成透明无色。实验五(应用电致变色系统进行串联)在实验五中，可调变太阳光电电变色模块利用电致变色系统进行串联。首先准备三颗和实验一相同的硅薄膜太阳电池(cell)，并利用半导体制程在硅薄膜太阳电池中的大部分正极面积上依序形成一层SiNx薄膜、一层ITO薄膜以及一层普鲁士蓝Gaussian Blue)薄膜，其中一小部分在边缘处的正极面积未被覆盖。然后，使用和图7相同的方式制作切换装置，并耦接至电容器，再将一单一组硅薄膜太阳电池的正极与负极以及ITO层分别连接到上述切换装置上，形成可调变太阳光电电变色组件。在0. IM TBABF4/碳酸丙烯酯中添加5wt% PEO以形成固态电解质。接着，利用以上固态电解质将单一组件硅薄膜太阳电池的正极接到下一组件硅薄膜太阳电池的负极，以使固态电解质分别覆盖形成在硅薄膜太阳电池的正极上的普鲁士蓝薄膜与下一硅薄膜太阳电池的负极，且每一条状固态电解质是彼此独立的，但不与其它硅薄膜太阳电池的条状固态电解质接触。在同一条状固态电解质底下的透明导电层下的正极层与同一固态电解质底下的薄膜太阳电池的正极层互不相连。由串联的硅薄膜太阳电池形成的可调变太阳光电电变色模块中的每个条状固态电解质是彼此独立的，且所覆盖区域包含一对普鲁士蓝薄膜以及同一条状固态电解质底下的薄膜太阳电池的负极层，但不与其它组件中的条状固态电解质接触。然后设定切换装置的控制模式为由单一硅薄膜太阳电池供电的充电并电致变色模式。当太阳光照射上述组件时，在1分钟时间内，每一硅薄膜太阳电池正极表面上的普鲁士蓝薄膜开始变色，由透明无色逐渐变成浅蓝色。以上的串联结构是利用条状电解质进行单一硅薄膜太阳电池和下一硅薄膜太阳电池进行串联，而形成单一可调变太阳光电电变色组件，因此正负离子的分布都局限于条状电解质内，使串联结构可调变太阳光电电变色模块的变色颜色均勻。
综上所述，本发明凭借组件设计，让电致变色系统与薄膜太阳电池共享一负极，其中电致变色系统的正极为独立的透明导电层，并透过外加的电路设计，来控制电致变色系统的正极及负极电位差以及电流的产生，以形成一种组件开关。另外，本发明还可凭借组件设计，让电致变色系统以串联方式连接，并透过外加的电路设计，来控制可调变太阳光电电变色组件之间的电位差，以形成一种组件开关。因此，本发明能够按照订定的开关控制信号，轻易达到太阳光电电变色组件及模块的调变。虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种可调变太阳光电电变色组件，其特征在于，至少包括 一透明基板；一薄膜太阳电池，位于该透明基板上，其中该薄膜太阳电池至少具有一正极层、一负极层与位在该正极层和该负极层之间的一光电转换层；一第一透明导电层，位于该薄膜太阳电池旁的该透明基板上，且该第一透明导电层与该薄膜太阳电池互不接触；一电致变色材料，至少覆盖该第一透明导电层所暴露出的表面与该薄膜太阳电池；以及一第一切换装置，电性连接该第一透明导电层和该薄膜太阳电池中的该正极层与该负极层，其中该第一切换装置透过至少一开关控制信号进行一控制模式。
2.如权利要求1所述的可调变太阳光电电变色组件，其特征在于，该薄膜太阳电池的该正极层具有一暴露表面，且该可调变太阳光电电变色组件还包括一第一绝缘层，位于该正极层的该暴露表面上；以及该第一透明导电层位于该第一绝缘层上。
3.如权利要求1所述的可调变太阳光电电变色组件，其特征在于，还包括 一第二绝缘层，位于该薄膜太阳电池的该负极层上；一第二透明导电层，位于该第二绝缘层上；以及一第二切换装置，电性连接该第二透明导电层和该薄膜太阳电池中的该正极层与该负极层，其中该第二切换装置透过该至少一开关控制信号进行该控制模式。
4.如权利要求1 3中任一项所述的可调变太阳光电电变色组件，其特征在于，该电致变色材料为一溶液型电致变色材料。
5.如权利要求1 3中任一项所述的可调变太阳光电电变色组件，其特征在于，该电致变色材料包括一第一电致变色薄膜，位于该第一透明导电层上；以及一胶态或固态电解质，覆盖该第一电致变色薄膜以及该薄膜太阳电池。
6.如权利要求1 3中任一项所述的可调变太阳光电电变色组件，其特征在于，该电致变色材料包括一第二电致变色薄膜，位于该第二透明导电层上；以及一胶态或固态电解质，覆盖该第二电致变色薄膜以及该第一透明导电层。
7.如权利要求3所述的可调变太阳光电电变色组件，其特征在于，还包括一离子储存层，设置于该第二透明导电层上。
8.如权利要求1所述的可调变太阳光电电变色组件，其特征在于，还包括一第一充放电装置，耦接该第一切换装置，以储存来自各该薄膜太阳电池的电流以及/或是提供该第一透明导电层电源。
9.如权利要求3所述的可调变太阳光电电变色组件，其特征在于，还包括一第二充放电装置，耦接该第二切换装置，以储存来自该薄膜太阳电池的电流以及/或是提供该第二透明导电层电源。
10.如权利要求1所述的可调变太阳光电电变色组件，其特征在于，还包括一光敏电阻薄膜，设置于该负极层的表面上。
11.如权利要求1所述的可调变太阳光电电变色组件，其特征在于，还包括至少一可调整阻抗值的外接回路阻抗，耦接于该薄膜太阳电池的该正极层与该负极层。
12.—种可调变太阳光电电变色模块，其特征在于，至少包括 一透明基板；多个薄膜太阳电池，位于该透明基板上，其中各该薄膜太阳电池至少具有一正极层、一负极层与位在该正极层和该负极层之间的一光电转换层，其中该正极层与该负极层其中的一具有一暴露表面自该些薄膜太阳电池之间暴露出来； 多个第一透明导电层，分别位于该暴露表面上； 多个第一绝缘层，分别位于该暴露表面与各该第一透明导电层之间； 多个电致变色材料，分别覆盖至少一个该第一透明导电层所暴露出的表面与至少一个该薄膜太阳电池；以及至少一第一切换装置，电性连接该电致变色材料底下的一个该第一透明导电层与一个该薄膜太阳电池的该正极层与该负极层，其中该第一切换装置透过至少一开关控制信号进行一控制模式。
13.如权利要求12所述的可调变太阳光电电变色模块，当该正极层具有该暴露表面时，其特征在于，还包括多个第二绝缘层，位于各该薄膜太阳电池的该负极层上； 多个第二透明导电层，位于该第二绝缘层上；以及至少一第二切换装置，电性连接该第二透明导电层和一个该薄膜太阳电池中的该正极层与该负极层，其中该第二切换装置透过该至少一开关控制信号进行该控制模式。
14.如权利要求12或13的可调变太阳光电电变色模块，其特征在于，该些薄膜太阳电池是以串联方式连接。
15.如权利要求12或13的可调变太阳光电电变色模块，其特征在于，在同一电致变色材料底下的该第一透明导电层下的该正极层与同一电致变色材料底下的该薄膜太阳电池的该正极层互不相连；以及该第一切换装置电性连接同一电致变色材料底下的该第一透明导电层与该薄膜太阳电池的该正极层与该负极层。
16.如权利要求12或13的可调变太阳光电电变色模块，其特征在于，该至少一第一切换装置为单一第一切换装置，电性连接各该电致变色材料底下的该第一透明导电层与各该薄膜太阳电池的该正极层与该负极层，且该可调变太阳光电电变色模块还包括单一个第一充放电装置，耦接该第一切换装置，以储存来自该些薄膜太阳电池的电流以及/或是提供该些第一透明导电层电源；以及多个可调整阻抗值的外接回路阻抗，耦接各该薄膜太阳电池中的该负极层、该些第一透明导电层与该第一充放电装置，以单独控制各该电致变色材料的变色深浅。
17.如权利要求13的可调变太阳光电电变色模块，其特征在于，该至少一第二切换装置为单一第二切换装置，电性连接各该电致变色材料底下的该第二透明导电层与同一该电致变色材料底下的该薄膜太阳电池的该正极层与该负极层，且该可调变太阳光电电变色模组更包括单一第二充放电装置，耦接该至少一第二切换装置，以储存来自该些薄膜太阳电池的电流以及/或是提供该些第二透明导电层电源；以及多个可调整阻抗值的外接回路阻抗，耦接各该薄膜太阳电池中的该负极层、该些第二透明导电层与该第二充放电装置，以单独控制各该电致变色材料的变色深浅。
18.如权利要求12或13的可调变太阳光电电变色模块，其特征在于，该些电致变色材料为一溶液型电致变色材料。
19.如权利要求12或13的可调变太阳光电电变色模块，其特征在于，该些电致变色材料包括一第一电致变色薄膜，位于各该第一透明导电层所暴露出的表面；以及一胶态或固态电解质，覆盖该第一电致变色薄膜以及该薄膜太阳电池。
20.如权利要求13所述的可调变太阳光电电变色模块，其特征在于，该些电致变色材料包括一第二电致变色薄膜，位于各该第二透明导电层所暴露出的表面；以及一胶态或固态电解质，覆盖该第二电致变色薄膜以及该第一透明导电层。
21.如权利要求12或权利要求13所述的可调变太阳光电电变色模块，其特征在于，还包括至少一第一充放电装置，耦接该第一切换装置，以储存来自该些薄膜太阳电池的电流以及/或是提供该些第一透明导电层电源。
22.如权利要求13所述的可调变太阳光电电变色模块，其特征在于，还包括一离子储存层，设置于该第二透明导电层上。
23.如权利要求13所述的可调变太阳光电电变色模块，其特征在于，还包括至少一第二充放电装置，耦接该第二切换装置，以储存来自各该薄膜太阳电池的电流以及/或是提供该些第二透明导电层电源。
24.如权利要求12或13所述的可调变太阳光电电变色模块，其特征在于，还包括一光敏电阻薄膜，设置于该负极层的表面。
25.如权利要求12或13所述的可调变太阳光电电变色模块，其特征在于，还包括至少一组可调整阻抗值的外接回路阻抗，耦接该些薄膜太阳电池中的至少一该正极层与至少一该负极层，以单独控制各该电致变色材料的变色深浅。
26.如权利要求25所述的可调变太阳光电电变色模块，其特征在于，该组可调整阻抗值的外接回路阻抗包括多数个共阳极可变阻抗，该些共阳极可变阻抗的一端耦接一个薄膜太阳电池中的该正极层，该些共阳极可变阻抗的另一端耦接每个薄膜太阳电池中的该负极层。
27.如权利要求25所述的可调变太阳光电电变色模块，其特征在于，该组可调整阻抗值的外接回路阻抗包括多数个共阴极可变阻抗，该些共阴极可变阻抗的一端耦接一个薄膜太阳电池中的该负极层，该些共阴极可变阻抗的另一端耦接每个薄膜太阳电池中的该正极层。
28.如权利要求25所述的可调变太阳光电电变色模块，其特征在于，该组可调整阻抗值的外接回路阻抗包括多数个串联可变阻抗，且各该串联可变阻抗的一端耦接一个薄膜太阳电池中的该正极层，另一端耦接另一个薄膜太阳电池中的该负极层。
29.如权利要求25所述的可调变太阳光电电变色模块，其特征在于，该组可调整阻抗值的外接回路阻抗包括一头尾连接可变阻抗，耦接一边缘的该薄膜太阳电池的该正极层与另一边缘的该薄膜太阳电池的该负极层。
全文摘要
本发明提出一种可调变太阳光电电变色组件及模块，其中的组件包括透明基板、位于透明基板上的薄膜太阳电池、位于薄膜太阳电池旁的透明基板上的透明导电层、覆盖透明导电层所暴露出的表面及薄膜太阳电池的电致变色材料、切换装置以及耦接切换装置的充放电装置。其中，第一透明导电层与薄膜太阳电池的负极层同时扮演电致变色材料的正极及负极。切换装置电性连接第一透明导电层和薄膜太阳电池中的正极层与负极层，并透过一开关控制信号进行控制模式。
文档编号G02F1/153GK102279496SQ20111013910
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月23日 优先权日2010年6月13日
发明者贡振邦, 黄莉媚 申请人:财团法人工业技术研究院