一种自供能光电致变色调光隔热膜及其制备方法与流程

本发明涉及染料敏化太阳能电池领域和电致变色领域，特别涉及一种自供能光电致变色调光隔热膜及其制备方法。

背景技术：

1、玻璃隔热窗膜施工简便，可以用于建筑和汽车挡风玻璃，其技术指标需要满足高的可见光透过率和高的红外、紫外阻隔率。由于玻璃隔热膜是通过材料的蓄热保温功能实现的，因此可以在夏日隔绝户外热量，在冬日保持室内温度，这两种工作状态都可以节约大量的空调能耗。然而受到技术指标的制约，隔热窗膜对于可见光的透过率不具备调节性能，长时间处于白光、眩光的环境中会伤害角膜、虹膜，严重还会导致白内障等眼部疾病。

2、因此研究人员将视线投向了电致变色技术，然而传统的电致变色玻璃需要磁控溅射技术，无法满足大尺寸玻璃的应用，于是进一步发展出了可以卷对卷磁控溅射的柔性电致变色器件。这一技术的出现不仅解决了电致变色智能窗的尺寸局限，还降低了智能窗更新换代时拆除重装的烦扰，只需在玻璃上粘贴便可以实现随时、随地、随形的应用。

3、电致变色所涉及的五层结构包括透明导电层及其基底、电致变色层、离子储存层、电解质层，而另一太阳能电池领域中的染敏电池结构与其具有大量的相似之处。染敏太阳能电池具有极高的理论转化率，成本仅为硅电池的十分之一，其原理为使用染料吸附敏化宽带隙纳米氧化物，拓宽其响应范围至可见光区，从而以阳光照射使其光阳极由稳态转为激发态，产生光生电子空穴对，电子的溢出结合电解液中的氧化还原电对实现具备长久耐候的光电转换太阳能电池。染敏电池的结构包括纳米多孔金属氧化物半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底。染敏电阻理论寿命长达20年，其结构可以通过光电转化效应为电致变色器件提供光生电子，以此满足电致变色器件所需的工作电压，从而免除从电致变色器件的导电层向外引出电路的复杂设计。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述不足，根据本发明的实施例，希望提供一种自供能光电致变色调光隔热膜，不需连接外部电源即可实现光照下着色和无光时褪色的效果，此外，本发明还希望提供自供能光电致变色调光隔热膜的制备方法。

2、根据实施例，本发明提供的一种自供能光电致变色调光隔热膜，依次包括基材层、第一导电层、pt层、电致变色层、凝胶电解质层、染敏层、第二导电层和隔热膜；第一导电层和第二导电层通过铜箔电性连接，基材层和隔热膜之间通过环氧树脂封装构成染敏电池；基材层和隔热膜上分别溅射第一导电层、第二导电层；第一导电层溅射pt层；pt层上溅射电致变色层；第二导电层上溅射染敏层和凝胶电解质层。本发明提供的自供能光电致变色调光隔热膜，视基材层不同，最终组装的器件厚度在100-200μm之间，仅为1-2张a4纸的厚度。

3、优选地，本发明前述自供能光电致变色调光隔热膜中，基材层为柔性塑料薄膜，选自pet、pe、pc、pmma中的一种。

4、优选地，本发明前述自供能光电致变色调光隔热膜中，第一导电层、第二导电层均为透明导电层，选自fto、ito、azo、ato中的一种，溅射沉积厚度500-1000nm。

5、优选地，本发明前述自供能光电致变色调光隔热膜中，pt层的溅射厚度200-800nm，在染敏电池中作为对电极的同时也是电解质层所发生反应的催化剂，催化了电解质中i3-+2e-→3i-反应的进行，维持电解液中i-的高浓度。

6、优选地，本发明前述自供能光电致变色调光隔热膜中，电致变色层为阴极电致变色材料wo3、ta2o5、moo3、v2o5中的一种，溅射厚度1-2μm。

7、优选地，本发明前述自供能光电致变色调光隔热膜中，凝胶电解质层的固态凝胶离子膜包含电致变色所需的li+和染敏电池电解液所需的卤素氧化还原电对，凝胶电解质层厚度3-10μm。

8、优选地，本发明前述自供能光电致变色调光隔热膜中，染敏层的制备包括宽带隙纳米氧化物沉积和染料敏化，沉积的宽带隙纳米氧化物为tio2、zno、nb2o5、sno2中的一种，溅射厚度500-1000nm；敏化染料为n3、n719、黑染料和酞菁中的一种。

9、优选地，本发明前述自供能光电致变色调光隔热膜中，隔热膜为市售的上海沪正纳米科技有限公司生产的柔性自粘高透光隔热窗膜，型号3j-7099。

10、根据实施例，本发明提供的一种自供能光电致变色调光隔热膜的制备方法，包括以下步骤：

11、(1)制备凝胶电解质：将500g丙烯酰胺单体、250g碘化锂、50g碘、200g高氯酸锂、1.5l去离子水搅拌混合均匀，向混合体系中加入20g碳酸丙烯酯，搅拌混合均匀，加入4g过硫酸铵搅拌均匀，70℃加热20min，辊成3-10μm厚度的固态凝胶膜；

12、(2)制备染料敏化层组：在隔热膜非离型层沉积第二导电层，溅射沉积厚度500-1000nm，在第二导电层沉积宽带隙氧化物，溅射厚度500-1000nm，对在第二导电层沉积的宽带隙氧化物，使用不同染料的乙醇溶液进行24-72h的染料敏化后，使用乙醇多次清洗，避光保存；

13、(3)制备电致变色层组：在基材层沉积第一导电层，溅射沉积厚度500-1000nm，在第一导电层沉积pt对电极层，溅射厚度200-800nm，在pt层上溅射沉积电致变色层氧化物，溅射厚度1-2μm；

14、(4)组装自供能光电致变色调光隔热膜：将上述步骤制备的凝胶电解质层、染敏层组、电致变色层组按图1所示结构与铜箔进行组装并使用环氧树脂封装。

15、相对于现有技术，本发明自供能光电致变色调光隔热膜具备自粘背胶，可粘贴于玻璃表面，可以根据客户需求制备不同形状。本发明在传统隔热膜的基础上增加了电致变色设计，用以调节可见光透过率，改善了传统隔热膜对于可见光单一的高通过性；进一步，本发明结合了染料敏化电池的光响应特性，在电致变色器件中引入了染敏太阳能电池的光阳极和pt对电极，整个器件在工作时通过阳光照射发生光致发电，所发出的电用于电致变色器件的激发，染敏电池的光电转换强度与光照强度成正比，电致变色器件的可见光透过率与光照强度成反比。总的来说，本发明具有以下优点:

16、(1)相较于传统隔热膜具有优异的可见光调节能力，提高环境光舒适度；

17、(2)相较于电致变色玻璃施工简便，成本低，可贴敷于不同形状的玻璃表面；

18、(3)相较于电致变色器件引入染敏电池自供能，无外接电路，节约能源。

技术特征：

1.一种自供能光电致变色调光隔热膜，其特征在于，依次包括基材层、第一导电层、pt层、电致变色层、凝胶电解质层、染敏层、第二导电层和隔热膜；第一导电层和第二导电层通过铜箔电性连接，基材层和隔热膜之间通过环氧树脂封装构成染敏电池；基材层和隔热膜上分别溅射第一导电层、第二导电层；第一导电层溅射pt层；pt层上溅射电致变色层；第二导电层上溅射染敏层和凝胶电解质层。

2.根据权利要求1所述的自供能光电致变色调光隔热膜，其特征在于，基材层为柔性塑料薄膜，选自pet、pe、pc、pmma中的一种。

3.根据权利要求1所述的自供能光电致变色调光隔热膜，其特征在于，第一导电层、第二导电层均为透明导电层，选自fto、ito、azo、ato中的一种，溅射沉积厚度500-1000nm。

4.根据权利要求1所述的自供能光电致变色调光隔热膜，其特征在于，pt层的溅射厚度200-800nm，在染敏电池中作为对电极的同时也是电解质层所发生反应的催化剂，催化了电解质中i3-+2e-→3i-反应的进行，维持电解液中i-的高浓度。

5.根据权利要求1所述的自供能光电致变色调光隔热膜，其特征在于，电致变色层为阴极电致变色材料wo3、ta2o5、moo3、v2o5中的一种，溅射厚度1-2μm。

6.根据权利要求1所述的自供能光电致变色调光隔热膜，其特征在于，凝胶电解质层的固态凝胶离子膜包含电致变色所需的li+和染敏电池电解液所需的卤素氧化还原电对，凝胶电解质层厚度3-10μm。

7.根据权利要求1所述的自供能光电致变色调光隔热膜，其特征在于，染敏层的制备包括宽带隙纳米氧化物沉积和染料敏化，沉积的宽带隙纳米氧化物为tio2、zno、nb2o5、sno2中的一种，溅射厚度500-1000nm；敏化染料为n3、n719、黑染料和酞菁中的一种。

8.根据权利要求1所述的自供能光电致变色调光隔热膜，其特征在于，隔热膜为市售的上海沪正纳米科技有限公司生产的柔性自粘高透光隔热窗膜，型号3j-7099。

9.一种自供能光电致变色调光隔热膜制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的自供能光电致变色调光隔热膜制备方法，其特征在于，磁控溅射的工作气压为0.6-1.2pa，工作电流为0.2-0.6a，工作功率为100-400w，磁控溅射时间为20-90min。

技术总结
本发明公开了一种自供能光电致变色调光隔热膜，依次包括基材层、第一导电层、Pt层、电致变色层、凝胶电解质层、染敏层、第二导电层和隔热膜；第一导电层和第二导电层通过铜箔电性连接，基材层和隔热膜之间通过环氧树脂封装构成染敏电池；基材层和隔热膜上分别溅射第一导电层、第二导电层；第一导电层溅射Pt层；Pt层上溅射电致变色层；第二导电层上溅射染敏层和凝胶电解质层。本发明自供能光电致变色调光隔热膜，视基材层不同，最终组装的器件厚度在100‑200μm之间，仅为1‑2张A4纸的厚度，具备自粘背胶，可粘贴于玻璃表面。本发明还公开了前述自供能光电致变色调光隔热膜的制备方法。

技术研发人员：李佳怡,王小雨
受保护的技术使用者：上海沪正实业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11