[发明专利]一种光电致变色器件

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种电致变色器件，特别是一种由有机太阳能电池驱动的光电致变色器件。

背景技术

电致变色材料是指随着外加电场极性和强度的变化，由于可逆的氧化或还原反应导致对入射光线的反射或透射强度发生改变而改变颜色的材料。电致变色材料可分为有机材料和无机材料两大类。无机电致变色材料由于性能稳定、抗紫外线能力强而得到广泛关注，主要是过渡金属氧化物，如:氧化钨、氧化镍、氧化锰等。这种材料如果镀在玻璃表面，可以用于建筑物的外墙面，这样，人们便可以随着季节和时间的变化，主动控制玻璃对光线的反射或透射强度，从而达到节省能耗的目的。这种变色材料也可广泛用于其它领域，如：太阳眼镜、汽车天窗、反眩后视镜等。如果把这种变色材料镀在一些柔性有机材料的内表面，也可用于制作柔性变色器件。

另外，由于电致变色器件仅使用较低的直流电压（一般不超过±5V）即可达到改变器件颜色的目的。这样，如果可以将太阳能电池产生的电力用做电致变色器件的驱动电压，不但可以进一步节省能源，并且可以达到根据外界光线的强弱自动调节器件颜色的目的，也即光电致变色器件。例如: US patent 5377037 ‘Electrochromic-photovoltaic film for light-sensitive control of optical transmittance’ disclosed a photo-electrochromic device with integrated amorphous silicon based solar cells to provide electric field for the device. (美国专利US 5377037《光敏控制光透过率的光伏电致变色薄膜》公开了一种由薄膜非晶硅太阳能电池供电的电致变色器件。)中国专利CN101673018B《太阳光电电致变色器件》公开了一种基于无机半透明薄膜太阳能电池和有机电致变色溶液的太阳能光电致变色器件。而中国专利CN101930142B《光电致变色元件及其制造方法》公开了一种基于无机薄膜太阳能电池和电致变色材料的光电致变色器件。这些技术都是利用无机半导体材料（如非晶硅、CIGS、CdTe等）制作薄膜太阳能电池，它们主要依靠吸收光子能量大于其半导体禁带能级范围内的太阳光谱（如非晶硅的禁带为1.75 eV,即只能吸收波长小于765 nm的阳光）产生光生电流。因此，它们的颜色普遍较深，如果采用整体集成的器件结构，会缩小电致变色器件的颜色变化范围。而有机太阳能电池制程相对简单，成本较低，且可以通过对有机材料的选择和调配进行吸收光谱的调节，颜色可调节范围较大。太阳光谱中可见光（波长400nm-700nm）只占约44%左右，紫外光(波长200-400nm)占约3%，剩余约53%(波长700nm以上)是近红外光及红外光。如果选择对可见光透明程度较高，主要吸收近红外和红外光线的材料制作太阳能电池，直接为电致变色器件提供电力，不但可以最大限度地节省能源，而且对器件颜色变化范围的影响是最小的。

发明内容

    针对以上问题，本发明的目的在于提供一种光电致变色器件，所述器件包括有机太阳能电池材料层，所述有机太阳能电池材料层为器件提供控制颜色变化的外加电场。

    如附图1所示，本发明所述的光电致变色器件包括透明非导电基底，有机太阳能电池材料层，电致变色材料层，处于两层电致变色材料层之间的电解质层，以及在电致变色材料层之上的透明导电层。

    在本发明的一种实施方案中，所述器件基底是至少一个透明非导电基底，可以是无机材料，如玻璃，也可以是有机材料，如PET薄膜、塑料。

    在本发明的一种实施方案中，在透明非导电基底上形成有机太阳能电池材料层，所述有机太阳能电池材料层包括阳极、有机光电转换材料层和阴极。

    所述阳极、阴极包括无机或有机透明导电材料，如：In₂O₃:Sn(ITO)，SnO₂:F(FTO)，ZnO:Al(AZO)，碳纳米管（carbon nanotubes），石墨烯(graphene)及银纳米线（silver nanowires）。