JP5196271B2 - 光電変換エレクトロクロミック装置 - Google Patents
光電変換エレクトロクロミック装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5196271B2 JP5196271B2 JP2009112948A JP2009112948A JP5196271B2 JP 5196271 B2 JP5196271 B2 JP 5196271B2 JP 2009112948 A JP2009112948 A JP 2009112948A JP 2009112948 A JP2009112948 A JP 2009112948A JP 5196271 B2 JP5196271 B2 JP 5196271B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photoelectric conversion
- electrochromic device
- thin film
- film solar
- solar cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 77
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 111
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 88
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 27
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 27
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 24
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- FIKAKWIAUPDISJ-UHFFFAOYSA-L paraquat dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].C1=C[N+](C)=CC=C1C1=CC=[N+](C)C=C1 FIKAKWIAUPDISJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 7
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 6
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 229910001486 lithium perchlorate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 4
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XJGZGUSMZSXHJI-UHFFFAOYSA-N 1-heptyl-4-(1-heptylpyridin-1-ium-4-yl)pyridin-1-ium Chemical compound C1=C[N+](CCCCCCC)=CC=C1C1=CC=[N+](CCCCCCC)C=C1 XJGZGUSMZSXHJI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CJAOGUFAAWZWNI-UHFFFAOYSA-N 1-n,1-n,4-n,4-n-tetramethylbenzene-1,4-diamine Chemical compound CN(C)C1=CC=C(N(C)C)C=C1 CJAOGUFAAWZWNI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZPAMJYSSYPEWNA-UHFFFAOYSA-L 1-propyl-4-(1-propylpyridin-1-ium-4-yl)pyridin-1-ium;dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].C1=C[N+](CCC)=CC=C1C1=CC=[N+](CCC)C=C1 ZPAMJYSSYPEWNA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- -1 alkali metal salt Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- QFUKHQXTYIKTCT-UHFFFAOYSA-N 1,2-dimethylphenazine Chemical compound C1=CC=CC2=NC3=C(C)C(C)=CC=C3N=C21 QFUKHQXTYIKTCT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QTQLUUDYDWDXNA-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-4-(1-ethylpyridin-1-ium-4-yl)pyridin-1-ium Chemical compound C1=C[N+](CC)=CC=C1C1=CC=[N+](CC)C=C1 QTQLUUDYDWDXNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- LUAZZOXZPVVGSO-UHFFFAOYSA-N Benzyl viologen Chemical compound C=1C=C(C=2C=C[N+](CC=3C=CC=CC=3)=CC=2)C=C[N+]=1CC1=CC=CC=C1 LUAZZOXZPVVGSO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000009501 film coating Methods 0.000 claims description 2
- MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M lithium;trifluoromethanesulfonate Chemical compound [Li+].[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 claims description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 2
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- 150000005621 tetraalkylammonium salts Chemical class 0.000 claims description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GEYOCULIXLDCMW-UHFFFAOYSA-N 1,2-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC=C1N GEYOCULIXLDCMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 14
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 5
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 5
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 3
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GVTGSIMRZRYNEI-UHFFFAOYSA-N 5,10-dimethylphenazine Chemical compound C1=CC=C2N(C)C3=CC=CC=C3N(C)C2=C1 GVTGSIMRZRYNEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001101998 Galium Species 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- HVMJUDPAXRRVQO-UHFFFAOYSA-N copper indium Chemical compound [Cu].[In] HVMJUDPAXRRVQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 150000004986 phenylenediamines Chemical class 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000009993 protective function Effects 0.000 description 1
- HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N pyrrolidin-2-one Chemical group O=C1CCCN1 HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 150000003346 selenoethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/075—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
- H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
- H01L31/048—Encapsulation of modules
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
本発明は、エレクトロクロミック装置（electrochromic device, ECD）に関するものであり、特に、光電変換エレクトロクロミック装置に関するものである。
いわゆるエレクトロクロミック装置とは、導電材料で構成され、電場または電流を印加して可逆的に酸化還元（redox）反応が起きた時に色変化を行う装置である。エレクトロクロミック装置の製作は、以下の条件を満たさなければならない：異なる電圧の下で、エレクトロクロミック装置の色を容易に認識することができる；色の変化が迅速かつ均一である；装置の色の可逆変化は、少なくとも１万回繰り返し可能である；装置の安定性が高い。従来のエレクトロクロミック装置は表面制限薄膜型（surface confined thin-film）のエレクトロクロミック装置および溶液型のエレクトロクロミック装置であった。
表面制限薄膜型のエレクトロクロミック装置は、上部透明基板、底部透明基板、およびその間に設けられたエレクトロクロミック多層膜から形成される。特に、エレクトロクロミック多層膜は電池と類似した構造を有し、少なくとも５つの異なる機能の塗／堆積層を有する。上述した５つの塗／堆積層は、透明導電層、エレクトロクロミック層、電解質層、イオンストレージ層および別の透明導電層である。溶液型のエレクトロクロミック装置はより簡単な構造を有し、電極層に向き合う方向でエポキシ樹脂系接着剤によって接合された上部透明導電層および底部透明導電層で形成され、上部と底部の透明導電層の間にエレクトロクロミック有機溶液が配置されている。溶液には、酸化型または還元型のエレクトロクロミック有機分子、ポリマー電解質および溶剤が含まれる。
長年の研究を経た後も、エレクトロクロミックバックミラーしか商品化されていない。他の大型のエレクトロクロミック装置１００は、図１に示したように、依然として均一に色が変化しない光彩効果（iris effect）と呼ばれる問題に直面している。光彩効果について、図２に基づいて説明する。図２は、一般のエレクトロクロミック装置２００を図示したもので、２つの透明導電基板２１０およびその間に配置されたエレクトロクロミック溶液２２０から構成される。２つの透明導電基板２１０の周辺に配置された電極２３０から電気が供給される時、平面エレクトロクロミック装置２００の中心と周辺において電場の経路の長さが異なることにより、インピーダンスにおいて変化が生じる。図１に、インピーダンスの差異を示す。同心楕円形状の色の濃度がエレクトロクロミック装置２００の周辺から中心へ徐々に変化して、色変化の均一性に影響する。
エレクトロクロミック技術の応用範囲を広げるため、光電技術と統合された研究が発展に向けて様々な方向に提供されている。例えば、建材一体型太陽電池（building integrated photovoltaic, BIPV）は、エレクトロクロミック技術と協同して、室外と室内の照度の違いに基づいてエレクトロクロミック窓の色を自動的に調整し、室内の熱を下げることができ、追加の電力供給を必要としない。省エネルギーがますます重要な課題になってきているため、このような応用が新しい傾向となっている。
例えば、米国特願US 5,377,037は、シリコン薄膜太陽電池とエレクトロクロミック材料を統合したエレクトロクロミック装置を開示している。その構造を見ると、２つの透明導電ガラス基板の間に、タンデム（tandem）構造のシリコン薄膜太陽電池、エレクトロクロミック装置および電解質層が順番に配置されている。最後に、タンデム構造の２つの透明導電ガラス基板の外側にブリーダ抵抗が直列に接続され、シリコン薄膜太陽電池が発電した時に、エレクトロクロミック装置を駆動する電圧を活性化または不活性化する。両面電極構造はエレクトロクロミック装置と太陽電池を統合することができるが、無機材料は色変化を行うために大きな電荷密度（charge density）と大きな電圧を必要とする。必然的に、光電変換率を高めるため、真性層（intrinsic layer）をより厚くする必要がある。シリコン薄膜太陽電池の開放電圧（open circuit voltage, Voc）を上げるため、多接合タンデム（tandem）電池も適用される。その結果として、シリコン薄膜太陽電池の透過率が減少する。
本発明は、均一に色変化を行い、高い透過率を有する光電変換エレクトロクロミック装置を提供することを目的とする。
本発明は、半透明の薄膜太陽電池基板と、エレクトロクロミック溶液と、透明非導電基板とを含み、透明非導電基板と半透明の薄膜太陽電池基板の間にエレクトロクロミック溶液が配置された光電変換エレクトロクロミック装置を提供する。半透明の薄膜太陽電池基板は、透明基板と、複数の薄膜太陽電池とを含み、薄膜太陽電池の陽極および陰極は、光電変換エレクトロクロミック装置の陽極および陰極としても用いられる。
本発明は、さらに、半透明の薄膜太陽電池基板と、エレクトロクロミック溶液と、透明非導電基板と、出力スイッチ配置とを含み、透明非導電基板と半透明の薄膜太陽電池基板の間にエレクトロクロミック溶液が配置された光電変換エレクトロクロミック装置を提供する。半透明の薄膜太陽電池基板は、透明基板と、複数の薄膜太陽電池とを含み、薄膜太陽電池の陽極および陰極は、光電変換エレクトロクロミック装置の陽極および陰極としても用いられる。出力スイッチ配置は、薄膜太陽電池に接続され、薄膜太陽電池からの電流出力を制御する。
本発明によると、薄膜太陽電池は、例えば、１つの基板上にアレイ状またはストライプ状に配列され、均一な色変化を達成する。さらに、本発明において、エレクトロクロミック溶液は比較的低いレドックス電圧を必要とし、これによって薄膜太陽電池で発生する電力の需要が下がる。その結果として、太陽電池材料の厚さが小さくなり、装置全体の透過率が上がる。
本発明の上記特徴および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に詳しく説明する。
本発明をさらに理解できるよう、本明細書の一部として図面を提供する。図面は、本発明の実施形態を図示したもので、説明と合わせて、本発明の原理を説明するために提供する。
図３Ａは、本発明の第１実施形態に係る光電変換エレクトロクロミック装置の概略平面図であり、図３Ｂは、図３Ａにおける線Ｂ−Ｂに沿った概略断面図を示したものである。
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、本実施形態の光電変換エレクトロクロミック装置は、半透明の薄膜太陽電池基板４００と、透明非導電基板４１０と、エレクトロクロミック溶液４２０とから構成される。エレクトロクロミック溶液４２０は、半透明の薄膜太陽電池基板４００と透明非導電基板４１０の間に配置され、片面導電基板を有する光電変換エレクトロクロミック装置を形成する。図３Ｂに示したように、半透明の薄膜太陽電池基板４００は表板１枚（superstrate）構造を有し、透明基板４０２と、複数のシリコン薄膜太陽電池４０４とを含み、透明基板４０２の材料は、例えば、ガラスまたはその他の適合する透明可撓性基板である。透明非導電基板４１０を形成するための材料は、例えば、ガラス、プラスチックまたは可撓性基板である。シリコン薄膜太陽電池４０４は、例えば、陽極３００、Ｐ型層４２２、真性層４２４、Ｎ型層４２６および陰極３１０から形成される。特に、陽極３００の陽極材料は、例えば、透明導電性酸化物（transparent conductive oxide, TCO）である。陰極３１０は、透明導電性酸化物層４２８と、金属層４３０とを含み、陰極３１０の透明導電性酸化物層４２８は、Ｎ型層４２６に直接接触する。
図３Ｃは、図３Ｂにおける光電変換エレクトロクロミック装置の別の形の概略断面図である。図３Ｃに示したように、Ｐ型層４２２、真性層４２４およびＮ型層４２６は一般的に半導体材料で作られ、これらは半導体積層４３２から構成される。図３Ｃにおいて、半透明の薄膜太陽電池基板４００は、各半導体積層４３２の側壁にそれぞれ形成された不活性化層４３４をさらに含み、例えば、半導体積層４３２において腐食する可能性のあるエレクトロクロミック溶液の影響を受けないよう半導体積層４３２を保護する。製造の便宜上、不活性化層４３４は各シリコン薄膜太陽電池４０４の陰極３１０および半導体積層４３２の側壁に形成される。
第１実施形態において、エレクトロクロミック溶液４２０は、例えば、少なくとも１つの酸化還元型有機分子エレクトロクロミック材料と、少なくとも１つの溶剤とを含み、溶液を形成する。ここで、酸化還元型有機分子エレクトロクロミック材料は、例えば、陰極エレクトロクロミック材料および陽極エレクトロクロミック材料の１つ、またはその組合せから選ばれる。例えば、上述した陰極エレクトロクロミック材料は、メチルビオロゲン（methyl viologen）、エチルビオロゲン（ethyl viologen）、ベンジルビオロゲン（benzyl viologen）、ヘプチルビオロゲン（heptyl viologen）、プロピルビオロゲン（propyl viologen）、その誘導体およびその混合物を含む群から選ばれた１つである。陽極エレクトロクロミック材料は、例えば、ジメチルフェナジン（dimethylphenazine）、Ｎ,Ｎ',Ｎ,Ｎ'‐テトラメチル‐ｐ‐フェニレンジアミン（N,N′,N,N′-tetramethyl-p- phenylenediamine, TMPD）、フェニレンジアミン（phenylene diamine）、その誘導体およびその混合物を含む群から選ばれた１つである。さらに、その酸化還元電圧は、いずれも３Ｖ未満である。しかも、エレクトロクロミック溶液４２０は、リチウムトリフレート（lithium triflate）、リチウム過塩素酸塩（lithium perchlorate）、テトラアルキルアンモニウム塩（tetra alkyl ammonium salt）等のようなアルカリ金属塩（alkali metal salt）をさらに含む。その上、ポリエチレンオキシド（polyethylene oxide）、ポリプロピレンオキシド（polypropylene oxide）、ポリメチルメタクリレート（polymethylmethacrylate）およびその混合物で構成される基から選ばれた１つであるポリマーは、その粘性を上げるため、適切な量がエレクトロクロミック溶液４２０に追加される。エレクトロクロミック溶液４２０中の溶剤は、例えば、炭酸プロピレン（propylene carbonate）、炭酸エチレン（ethylene carbonate）、γ‐ブチロラクトン（γ-butyrolactone）、アセトニトリル（acetonitrile）、テトラヒドロフラン（tetrahydrofuran, THF）またはＮ‐メチル‐２‐ピロリドン（N-methyl-2-pyrrolidone , NMP）である。
本実施形態において、陽極３００および陰極３１０は、シリコン薄膜太陽電池４０４の陽極および陰極として使用されるだけでなく、光電変換エレクトロクロミック装置の陽極および陰極としても使用される。図４は、図３Ｂにおける光電変換エレクトロクロミック装置の概略斜視図である。太陽光５００が半透明の薄膜太陽電池基板４００を通って光電変換エレクトロクロミック装置に入る時、薄膜太陽電池（図３Ｂの４０４を参照）は同時に電子正孔対を生成する。発電している間、薄膜太陽電池から出力した電流は、陽極３００および陰極３１０を通ってエレクトロクロミック溶液４２０に伝送され、透明無色のエレクトロクロミック溶液４２０内で酸化還元反応を起こす。同時に、陽極３００、陰極３１０およびエレクトロクロミック溶液４２０の構造がすぐにエレクトロクロミック装置として機能する。陰極３１０が薄膜太陽電池から放出された電子を受け取ると、還元が起こり、陰極エレクトロクロミック材料の色が変化する。陽極３００が薄膜太陽電池から放出された正孔を受け取ると、酸化が起こり、陽極エレクトロクロミック材料の色が変化する。さらに、反射層５１０ａまたは５１０ｂが透明非導電基板４１０に配置され、鏡面を形成する。例えば、反射層５１０ａまたは５１０ｂの材料には、銀およびアルミニウムの薄膜コーティングの１つが含まれる。
太陽光の強度が低下すると、薄膜太陽電池によって生成された電子および正孔が減り、光電変換エレクトロクロミック装置により生成された電流が徐々に減少する。陰極３１０の表面の陰極エレクトロクロミック材料の色が徐々に消えて行き、透明無色の酸化状態に戻る。陽極３００の表面の陽極エレクトロクロミック材料の色も徐々に消えて行き、透明無色の還元状態に戻る。薄膜太陽電池により生成された電子電流は、エレクトロクロミック溶液４２０においてイオン電流に変わる。このように、通電時には、陽極３００および陰極３１０の両方がエレクトロクロミック溶液４２０に接触するが、短絡回路の問題が発生することはない。色が変化している間に陽極および陰極の酸化還元反応において荷電平衡を保つため、陽極３００および陰極３１０の面積比は同程度であることが好ましい。
本実施形態において、エレクトロクロミック溶液４２０は、単に低電圧および低電流であれば、色を変化させることができる。例えば、０．０１Ｍのメチルビオロゲン二塩化物（methyl viologen dichloride）および０．１Ｍの過塩素酸リチウム（lithium perchlorate）を加えて、５ｍｌの脱イオン化水に溶かす。かき混ぜると、完全に混合された無色のエレクトロクロミック溶液が得られる。上述したメチルビオロゲン二塩化物は、以下の方程式で表される１,１'‐ジメチル‐４,４'‐ビピリジニウム＝ジクロリド（1,1'-dimethyl-4,4'-bipyridinium dichloride）である：
次に、エレクトロクロミック溶液を、面積が２ｃｍ×２ｃｍのインジウムスズ酸化物（indium-tin-oxide, ITO）導電ガラス基板に適用する。さらに、別のインジウムスズ酸化物導電ガラス基板をそこへ加えて、エレクトロクロミック装置を形成する。エレクトロクロミック装置の陽極および陰極を電気化学分析装置に接続して、−１Ｖから３Ｖまでサイクリックボルタモグラム（cyclic voltammogram, CV）走査を行う。図５に、走査結果を示す。一般の有機分子はかなり低い酸化還元電圧を必要とする。ビオロゲン基で形成される陰極エレクトロクロミック材料を例とすると、電荷密度が２ｍＣ／ｃｍ２に達した時に、はっきりとした色のコントラストが達成される。
図３Ｂを参照すると、エレクトロクロミック溶液４２０の酸化還元電圧は低く、色変化に必要とされる電荷密度が高くないため、シリコン薄膜太陽電池４０４が色変化に十分な電力を発生させる時、透明導電性酸化物層４２８は陰極として用いるのに十分である。しかも、真性層４２４の厚さを減らし、光電変換エレクトロクロミック装置全体の透過率を上げることができる。
本実施形態における光電変換エレクトロクロミック装置の適用性をサポートするため、以下の実験例を提供する。
まず、透明ガラス基板を準備する。そして、０．１Ｍの過塩素酸リチウムおよび０．０１Ｍのメチルビオロゲン（１,１'‐ジメチル‐４,４'‐ビピリジニウム＝ジクロリド）を５ｍｌの脱イオン化水に溶かし、かき混ぜて、完全に混合された透明無色のエレクトロクロミック溶液を得る。エレクトロクロミック溶液を上述した透明ガラス基板に適用し、面積が１５ｃｍ×１５ｃｍの半透明の薄膜太陽電池基板をエポキシ樹脂接着剤で透明ガラス基板に取り付ける。本例では、シリコン薄膜太陽電池を使用する。シリコン薄膜太陽電池はアレイ状に配列され、１つの列は面積が０．２５ｃｍ２である。エポキシ樹脂接着剤は厚さが約０．１５ｃｍで、２つの基板間の距離を保つスペーサーとして用いるガラス玉を混入する。
更に詳しく説明すると、半透明の薄膜太陽電池基板はスパッタリング法により形成され、１５ｃｍ×１５ｃｍのガラス基板上の透明導電層を大きくして、プラズマ化学気相成長法によって透明導電ガラス層上のシリコン薄膜を継続的に堆積し、最後に透明導電層および金属層がシリコン薄膜上にスパッタリングされる。その後、５３２ｎｍのパルスレーザーを使用して上記のシリコン薄膜の一部を取り除き、アレイ状に配列されたシリコン薄膜太陽電池を形成する。ここで、陰極ブロックはそれぞれ面積が０．５ｃｍ×０．５ｃｍのシリコン薄膜であり、陰極ブロックの外側の領域は陽極である。それぞれの陰極ブロックは０．２ｃｍの隙間によって分離されており、陰極ブロックの合計数は１９６である。図６に示したように、この構造は、面積が１５×１５ｃｍ２のガラス基板６００と、陽極として用い、厚さが１０ｎｍのＺｎＯ：Ａｌ層６０２と、厚さが３０ｎｍのＰ型層６０４と、真性層として用い、厚さが４５０ｎｍのａ−ＳｉＨ層６０６と、厚さが３０ｎｍのＮ型層６０８と、合わせて陰極を構成する厚さが８０ｎｍのＺｎＯ：Ａｌ層６１０および厚さが３００ｎｍのＡｇ層６１２とを含む。
半透明の薄膜太陽電池の開放電圧（Voc）は０．６Ｖである。電流密度Ｊｓｃは５ｍＡ／ｃｍ２であり、Ｐｍａｘは０．５ｍＷである。太陽光が光電変換エレクトロクロミック装置に照射した時、陰極のすぐ下にあるエレクトロクロミック溶液が透明無色から淡い青色に変化し始め、それから３０秒以内に深い青色に変化する。太陽光が止まった時、光電変換エレクトロクロミック装置は１５秒以内に透明度を復元する。
まず、透明ガラス基板を準備する。そして、０．１Ｍの過塩素酸リチウム、および０．０１Ｍの５,１０‐ジヒドロ‐５,１０‐ジメチルフェナジンを５ｍｌの炭酸プロピレン（propylene carbonate）溶剤の中に溶かし、かき混ぜて、完全に混合された透明無色のエレクトロクロミック溶液を得る。エレクトロクロミック溶液を上述した透明ガラス基板に適用し、面積が１５ｃｍ×１５ｃｍの半透明の薄膜太陽電池基板をエポキシ樹脂接着剤で透明ガラス基板に取り付ける。本実験例では、アレイ状に配列されたシリコン薄膜太陽電池を使用する。各列の面積は０．２５ｃｍ２であり、実験例１で述べた構造と同じ構造を有する。エポキシ樹脂接着剤は厚さが約０．１５ｃｍで、スペーサーとして用いるガラス玉をそこに混入して、２つの基板間の距離を保つ。
半透明の薄膜太陽電池の開放電圧（Voc）は０．６２Ｖである。電流密度Ｊｓｃは５.２ｍＡ／ｃｍ２であり、Ｐｍａｘは０．５５ｍＷである。したがって、太陽光が光電変換エレクトロクロミック装置に照射した時、陽極のすぐ下にあるエレクトロクロミック溶液が透明な淡い黄色から黄色に変化し始め、それから４０秒以内に緑色に変化する。太陽光が止まった時、光電変換エレクトロクロミック装置は２０秒以内に透明な淡い黄色になる。
まず、面積が７．５ｃｍ×７．５ｃｍの透明ガラス基板を準備し、そして、透明ガラス基板の端をスペーサーとして用いる耐溶剤性テープで貼り付ける。その後、０．０１Ｍのヘプチルビオロゲンおよび０．０１ＭのＴＭＰＤを炭酸プロピレンに溶かし、それから、０．１ＭのＴＢＡＢＦ４の電解質塩を加える。その後、上記の混合物をかき混ぜて、完全に混合された透明無色のエレクトロクロミック溶液を得る。エレクトロクロミック溶液を上述した透明ガラス基板に適用し、面積が７．５ｃｍ×７．５ｃｍの半透明の薄膜太陽電池基板を透明ガラス基板に取り付け、光電変換エレクトロクロミック装置を構成する。本実験例では、ストライプ状に配列されたシリコン薄膜太陽電池を使用し、陰極ブロックはそれぞれ面積が５ｃｍ×１ｃｍのシリコン薄膜で、陰極ブロックの外側の領域は陽極である。それぞれの陰極ブロックは１ｃｍの隙間によって分離されており、陰極ブロックの合計数は３である。
半透明の薄膜太陽電池の開放電圧（Voc）は０．６４Ｖである。電流密度Ｊｓｃは５.７ｍＡ／ｃｍ２である。したがって、太陽光が光電変換エレクトロクロミック装置に照射した時、陽極および陰極のすぐ下にあるエレクトロクロミック溶液が３０秒以内に透明から深い青色に変化し始める。
図７Ａは、本発明の第２実施形態に係る光電変換エレクトロクロミック装置の概略断面図であり、同じ構成要素は第１実施形態と同じ符号で示す。図７Ａを参照すると、第２実施形態の光電変換エレクトロクロミック装置は、半透明の薄膜太陽電池基板７００と、エレクトロクロミック溶液４２０と、透明非導電基板４１０とから構成される。上述した半透明の薄膜太陽電池基板７００は基板（substrate）構造を有し（すなわち、太陽光５００が透明非導電基板４１０を通って入る）、シリコン薄膜太陽電池４０４と、透明基板４０２とを含む。さらに、シリコン薄膜太陽電池４０４は陰極３１０と、Ｎ型層４２６と、真性層４２４と、Ｐ型層４２２と陽極３００とから形成される。ここで、陽極３００を形成するための材料は、例えば、透明導電酸化物（TCO）である。陰極３１０は、透明導電性酸化物層４２８と、N型層４２６と透明導電性酸化物層４２８の間に配置された金属層４３０とを含む。半透明の薄膜太陽電池基板７００は基板構造を有するため、エレクトロクロミック溶液４２０の色変化がシリコン薄膜太陽電池４０４の発電の条件に影響する可能性がある。このため、第２実施形態の光電変換エレクトロクロミック装置は、循環型の色変化を必要とする装置に適用可能である。
図７Ｂは、図７Ａにおける光電変換エレクトロクロミック装置の別の形の概略断面図である。図７Ｂに示したように、Ｐ型層４２２、真性層４２４およびＮ型層４２６は、例えば、半導体積層４３２から成る。しかも、半透明の薄膜太陽電池基板７００は、各半導体積層４３２の側壁にそれぞれ形成された不活性化層４３４をさらに含み、半導体積層４３２がエレクトロクロミック溶液に影響されるのを防ぐ。その上、不活性化層４３４は、製造の便宜上、各シリコン薄膜太陽電池４０４の陽極３００、金属層４３０および半導体積層４３２の側壁に形成される。
図８Ａは、本発明の第３実施形態に係る光電変換エレクトロクロミック装置の概略断面図であり、同じ構成要素を第２実施形態の符号と同じ符号で示す。図８Ａを参照すると、第２実施形態と第３実施形態の光電変換エレクトロクロミック装置の間の主な差異は、第３実施形態の半透明の薄膜太陽電池基板８００が透明基板４０２と、複数のＣＩＧＳ（Copper Indium Galium Selenide）薄膜太陽電池８０２とを含み、このＣＩＧＳ薄膜太陽電池８０２が陽極３００、ＣＩＧＳ吸収層８０４、バッファ層８０６および陰極３１０で形成されることにある。陽極３００および陰極３１０の材料は、例えば、透明導電酸化物（TCO）である。さらに、第３実施形態では、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）薄膜太陽電池も使用する。
図８Ｂは、図８Ａにおける光電変換エレクトロクロミック装置の別の形の概略断面図である。図８Ｂに示したように、半透明の薄膜太陽電池基板８００は、ＣＩＧＳ吸収層８０４と、バッファ層８０６と、陰極３１０の側壁にそれぞれ形成された不活性化層４３４とをさらに含む。この不活性化層４３４は、少なくともＣＩＧＳ吸収層８０４およびバッファ層８０６に対して保護機能を有する。
図９は、本発明の第４実施形態に係る光電変換エレクトロクロミック装置のブロック図である。図９を参照すると、上記実施形態における半透明の薄膜太陽電池基板（例えば、図４の４００、図７Ａ−７Ｂの７００、および図８Ａ−８Ｂの８００）、エレクトロクロミック溶液（例えば、図４の４２０）および透明非導電基板（例えば、図４の４１０）に加えて、本実施形態の光電変換エレクトロクロミック装置は、薄膜太陽電池（例えば、図３Ｂの４０４および図８Ａの８０２）に接続された出力スイッチ配置９００をさらに含み、陽極３００と陰極３１０を接続して、シリコン薄膜太陽電池４０４からの電流出力を制御する。本実施形態における光電変換エレクトロクロミック装置の構成要素の説明は、上記の実施形態において触れているため、ここでは繰り返し説明しない。
図９は並列回路を図示しており、薄膜太陽電池の陽極３００は出力スイッチ配置９００に接続された連続被膜である。さらに、ストライプ状に配列された陽極３００および陰極３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄが、それぞれ出力スイッチ配置９００に接続される。
図９の並列回路の他に、図１０に示したように、出力スイッチ配置９００は直列に接続することもでき、非連続の陽極３００ｂ、３００ｃおよび３００ｄが別の薄膜太陽電池の陰極３１０ａ、３１０ｂおよび３１０ｃに接続し、陽極３００ａおよび陰極３１０ｄが出力スイッチ配置９００に接続する。
上述した出力スイッチ配置９００は、現有の技術に基づいて作ることができる。例えば、図１１および図１２は、それぞれ図９の光学エレクトロクロミック装置と異なる出力スイッチ配置との間の回路を図示したものである。
図１１を参照すると、符号１１００は図９（または図１０）における光学エレクトロクロミック装置のエレクトロクロミック装置を示す。エレクトロクロミック装置１１００および薄膜太陽電池１１０２は、ＤＣ／ＡＣインバータ１１０４に接続される。スイッチ１１０６が接続された時、薄膜太陽電池１１０２により出力された電流は、ＡＣ電気器具用に商用電気１１０８（すなわち、交流）に変換される。
さらに、図１２を参照すると、エレクトロクロミック装置１１００および薄膜太陽電池１１０２はＤＣ電荷蓄積装置１２００（蓄電装置）に接続され、ＤＣ電気器具用に薄膜太陽電池１１０２によって発生した直流電流を蓄積する。スイッチ１１０６が接続された時、エレクトロクロミック装置１１００は無色の状態に戻る。
その上、図９（または図１０）における光電変換エレクトロクロミック装置は、薄膜トランジスタ（thin-film transistor , TFT）技術と結合して、図１３の回路図に示したように、薄膜トランジスタ１３００を半透明の薄膜太陽電池基板上に配置して、薄膜太陽電池１１０２を能動的に制御し、エレクトロクロミック装置１１００の色変化を操作する。
上記のように、本発明は少なくとも以下の利点を有する：
本発明において、光電変換エレクトロクロミック装置により発生した電流は、エレクトロクロミック溶液中でイオン電流に変わる。接続時に陽極と陰極が同時に接触しても、短絡回路は発生しない。
本発明の光電変換エレクトロクロミック装置における電極は、従来のエレクトロクロミック装置と異なり、電気は電極の周辺によって供給される。本発明によると、電極は半透明の薄膜太陽電池基板全体に均一に散布され、均一な電場を形成する。したがって、異なる領域のエレクトロクロミック溶液が今まで通り同じ色変化を行い、光彩効果を防ぐことができる。
本発明において、酸化還元電圧が３Ｖ未満の酸化還元型の有機分子エレクトロクロミック材料を採用して、光電変換エレクトロクロミック装置を形成する。したがって、光電変換エレクトロクロミック装置は、低電圧および低電流で駆動することができる。さらに、薄膜太陽電池の真性層の厚さが減り、透明導電酸化層だけを電極として使用する。結果として、装置の光透過率が上がり、装置の適用を拡大して、装置の製造コストをさらに減らすことができる。
本発明の光電変換エレクトロクロミック装置は、出力スイッチ配置をさらに含み、ＤＣ／ＡＣインバータおよびＤＣ電荷蓄積装置を接続して、装置によって発生した電流をＡＣおよびＤＣ電気器具に供給する。これは、エネルギー不足の問題を解決する方法の１つである。
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
１００、２００、１１００ エレクトロクロミック装置
２１０ 透明導電基板
２２０、４２０ エレクトロクロミック溶液
２３０ 電極
３００、３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ 陽極
３１０、３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ 陰極
４００、７００、８００ 半透明の薄膜太陽電池基板
４０２ 透明基板
４０４ シリコン薄膜太陽電池
４１０ 透明非導電基板
４２２、６０４ Ｐ型層
４２４ 真性層
４２６、６０８ Ｎ型層
４２８ 透明導電性酸化物層
４３０ 金属層
４３２ 半導体積層
４３４ 不活性化層
５００ 太陽光
５１０ａ、５１０ｂ 反射層
６００ ガラス基板
６０２ ＺｎＯ：Ａｌ層
６０６ ａ−ＳｉＨ層
６１０ ＺｎＯ：Ａｌ層
６１２ Ａｇ層
８０２ ＣＩＧＳ薄膜太陽電池
８０４ ＣＩＧＳ吸収層
８０６ バッファ層
９００ 出力スイッチ配置
１１０２ 薄膜太陽電池
１１０４ ＤＣ／ＡＣインバータ
１１０６ スイッチ
１１０８ 商用電気
１２００ ＤＣ電荷蓄積装置
１３００ 薄膜トランジスタ
２１０ 透明導電基板
２２０、４２０ エレクトロクロミック溶液
２３０ 電極
３００、３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ 陽極
３１０、３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ 陰極
４００、７００、８００ 半透明の薄膜太陽電池基板
４０２ 透明基板
４０４ シリコン薄膜太陽電池
４１０ 透明非導電基板
４２２、６０４ Ｐ型層
４２４ 真性層
４２６、６０８ Ｎ型層
４２８ 透明導電性酸化物層
４３０ 金属層
４３２ 半導体積層
４３４ 不活性化層
５００ 太陽光
５１０ａ、５１０ｂ 反射層
６００ ガラス基板
６０２ ＺｎＯ：Ａｌ層
６０６ ａ−ＳｉＨ層
６１０ ＺｎＯ：Ａｌ層
６１２ Ａｇ層
８０２ ＣＩＧＳ薄膜太陽電池
８０４ ＣＩＧＳ吸収層
８０６ バッファ層
９００ 出力スイッチ配置
１１０２ 薄膜太陽電池
１１０４ ＤＣ／ＡＣインバータ
１１０６ スイッチ
１１０８ 商用電気
１２００ ＤＣ電荷蓄積装置
１３００ 薄膜トランジスタ
Claims (25)
- 光電変換エレクトロクロミック装置であって、前記光電変換エレクトロクロミック装置が、
透明非導電基板と、
透明基板および複数の薄膜太陽電池を備え、前記複数の薄膜太陽電池の各々の陽極および陰極が前記光電変換エレクトロクロミック装置の陽極および陰極としても用いられる半透明の薄膜太陽電池基板と、
前記透明非導電基板と前記半透明の薄膜太陽電池基板の間に配置されたエレクトロクロミック溶液と
を含む光電変換エレクトロクロミック装置。 - 前記薄膜太陽電池が、アレイ状またはストライプ状、あるいはその組合せで配列された請求項１記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記薄膜太陽電池に接続され、前記薄膜太陽電池からの電流出力を制御する出力スイッチ配置と、
をさらに含む請求項１に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。 - 前記薄膜太陽電池が、前記出力スイッチ配置と並列に接続された請求項３に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記薄膜太陽電池が、前記出力スイッチ配置と直列に接続された請求項３に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記出力スイッチ配置が、さらにＤＣ／ＡＣインバータに接続され、前記薄膜太陽電池により提供された電流を商用電気に変換する請求項３から５の何れか１項に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記出力スイッチ配置が、さらにＤＣ電荷蓄積装置に接続され、前記薄膜太陽電池により提供された直流電流を蓄積する請求項３から６の何れか１項に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記エレクトロクロミック溶液が、少なくとも１つの酸化還元型有機分子エレクトロクロミック材料および少なくとも１つの溶剤を含む請求項１から７の何れか１項に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記酸化還元型有機分子エレクトロクロミック材料が、陰極エレクトロクロミック材料および陽極エレクトロクロミック材料、またはその組合せから成る物質群から選ばれた材料である請求項８に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記陰極エレクトロクロミック材料が、メチルビオロゲン、エチルビオロゲン、ベンジルビオロゲン、ヘプチルビオロゲン、プロピルビオロゲン、その誘導体およびその混合物を含む群から選ばれた１つである請求項９に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記陽極エレクトロクロミック材料が、ジメチルフェナジン、Ｎ,Ｎ',Ｎ,Ｎ'‐テトラメチル‐ｐ‐フェニレンジアミン、フェニレンジアミン、その誘導体およびその混合物を含む群から選ばれた１つである請求項９に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記溶剤が、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、γ‐ブチロラクトン、アセトニトリル、テトラヒドロフランまたはＮ‐メチル‐２‐ピロリドンを含む請求項８に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記エレクトロクロミック溶液が、アルカリ金属塩をさらに含む請求項８に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記アルカリ金属塩が、リチウムトリフレート、リチウム過塩素酸塩またはテトラアルキルアンモニウム塩を含む請求項１３に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記エレクトロクロミック溶液が、ポリマーをさらに含む請求項８に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記ポリマーが、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリメチルメタクリレートおよびその混合物を含む群から選ばれた１つである請求項１５に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記エレクトロクロミック溶液の酸化還元電圧が、３Ｖ未満である請求項１から１６の何れか１項に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記透明非導電基板が、ガラス、プラスチックまたは可撓性基板を含む請求項１から１７の何れか１項に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記半透明の薄膜太陽電池基板の前記透明基板が、ガラス、プラスチックまたは可撓性基板を含む請求項１から１８の何れか１項に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記半透明の薄膜太陽電池基板が、表板１枚（superstrate）構造または基板（substrate）構造を有する薄膜太陽電池基板を含む請求項１から１９の何れか１項に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記薄膜太陽電池が、シリコン薄膜太陽電池、ＣＩＧＳ薄膜太陽電池またはＣｄＴｅ薄膜太陽電池を含む請求項１から２０の何れか１項に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記複数の薄膜太陽電池の各々が、前記陽極と前記陰極との間に半導体積層を含み、前記半導体積層の複数の側壁に形成された複数の不活性化層をさらに含む請求項１から２１の何れか１項に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記透明非導電基板に配置され、鏡面を形成する反射層をさらに含む請求項１から２２の何れか１項に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記反射層の材料が、銀およびアルミニウムの薄膜コーティングの１つを含む請求項２３に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
- 前記薄膜太陽電池を能動的に制御する複数の薄膜トランジスタをさらに含む請求項１から２４の何れか１項に記載の光電変換エレクトロクロミック装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW097125127 | 2008-07-03 | ||
| TW097125127A TWI370551B (en) | 2008-07-03 | 2008-07-03 | Photovoltaic electrochromic device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010015134A JP2010015134A (ja) | 2010-01-21 |
| JP5196271B2 true JP5196271B2 (ja) | 2013-05-15 |
Family
ID=41463414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009112948A Active JP5196271B2 (ja) | 2008-07-03 | 2009-05-07 | 光電変換エレクトロクロミック装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8188361B2 (ja) |
| JP (1) | JP5196271B2 (ja) |
| TW (1) | TWI370551B (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8822815B2 (en) * | 2008-11-04 | 2014-09-02 | Northrop Grumman Systems Corporation | Photovoltaic silicon solar cells |
| TWI344219B (en) * | 2009-02-13 | 2011-06-21 | Ind Tech Res Inst | Photosensitive electrochromic device |
| US8865998B2 (en) * | 2009-05-25 | 2014-10-21 | Industrial Technology Research Institute | Photovoltaic electrochromic device |
| TWI395809B (zh) * | 2009-09-11 | 2013-05-11 | Ind Tech Res Inst | 多色系太陽光電電變色裝置 |
| US8605350B2 (en) | 2010-05-24 | 2013-12-10 | Industrial Technology Research Institute | Tunable photovoltaic electrochromic device and module |
| TWI456774B (zh) * | 2010-12-01 | 2014-10-11 | Ind Tech Res Inst | 可塗佈太陽光電電變色元件及模組 |
| TWI426613B (zh) * | 2011-04-11 | 2014-02-11 | Nat Applied Res Laboratories | 太陽能發電模組及其製造方法 |
| US9618820B2 (en) | 2012-11-14 | 2017-04-11 | Solarwindow Technologies, Inc. | Integrated photovoltaic and electrochromic windows |
| US9613879B2 (en) * | 2013-10-11 | 2017-04-04 | Northwestern University | Ultralow power carbon nanotube logic circuits and method of making same |
| KR102278243B1 (ko) * | 2015-02-25 | 2021-07-19 | 한국전자통신연구원 | 전기변색 소자 |
| WO2016175807A1 (en) * | 2015-04-30 | 2016-11-03 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Color changing apparatuses with solar cells |
| US11489483B2 (en) | 2015-12-09 | 2022-11-01 | Brian Patrick Janowski | Solar window construction and methods |
| GB201601055D0 (en) * | 2016-01-20 | 2016-03-02 | Cambridge Display Tech Ltd | Cathode layer stack for semi-transparent OPV devices |
| WO2018017875A1 (en) * | 2016-07-20 | 2018-01-25 | University Of Utah Research Foundation | Active electrochromic films |
| CN109661611B (zh) * | 2016-10-10 | 2021-12-21 | 金泰克斯公司 | 偏振窗组合件 |
| JP6430562B2 (ja) * | 2017-03-16 | 2018-11-28 | メレキシス テクノロジーズ エス エー | トルクセンサ |
| US20200021240A1 (en) * | 2018-07-10 | 2020-01-16 | Gama Sonic Usa, Inc. | Solar panels on transparent substrates |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0712210B2 (ja) * | 1982-06-02 | 1995-02-08 | 株式会社日立製作所 | 撮像表示装置 |
| JPH01169224U (ja) * | 1988-05-20 | 1989-11-29 | ||
| JPH0271823U (ja) * | 1988-11-19 | 1990-05-31 | ||
| US5592074A (en) * | 1992-06-26 | 1997-01-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Battery power supply system |
| US5384653A (en) | 1992-11-06 | 1995-01-24 | Midwest Research Institute | Stand-alone photovoltaic (PV) powered electrochromic window |
| US5377037A (en) | 1992-11-06 | 1994-12-27 | Midwest Research Institute | Electrochromic-photovoltaic film for light-sensitive control of optical transmittance |
| US5679283A (en) * | 1994-07-22 | 1997-10-21 | Gentex Corporation | Electrochromic layer and devices comprising same |
| US5805330A (en) | 1996-03-15 | 1998-09-08 | Gentex Corporation | Electro-optic window incorporating a discrete photovoltaic device |
| US6118572A (en) * | 1998-07-01 | 2000-09-12 | The Regents Of The University Of California | Photochromic, electrochromic, photoelectrochromic and photovoltaic devices |
| US6606183B2 (en) * | 1999-12-24 | 2003-08-12 | Nippon Oil Corporation | Method for producing a cell for an electrochromic mirror and an electrochromic mirror |
| US6706963B2 (en) * | 2002-01-25 | 2004-03-16 | Konarka Technologies, Inc. | Photovoltaic cell interconnection |
| US20060225782A1 (en) * | 2005-03-21 | 2006-10-12 | Howard Berke | Photovoltaic cells having a thermoelectric material |
-
2008
- 2008-07-03 TW TW097125127A patent/TWI370551B/zh active
-
2009
- 2009-03-19 US US12/406,965 patent/US8188361B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-05-07 JP JP2009112948A patent/JP5196271B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20100000590A1 (en) | 2010-01-07 |
| US8188361B2 (en) | 2012-05-29 |
| TWI370551B (en) | 2012-08-11 |
| TW201003931A (en) | 2010-01-16 |
| JP2010015134A (ja) | 2010-01-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5196271B2 (ja) | 光電変換エレクトロクロミック装置 | |
| US8345344B2 (en) | Multicolor photovoltaic electrochromic apparatus | |
| CN101673018B (zh) | 太阳光电电致变色器件 | |
| US7855822B2 (en) | Photosensitive electrochromic device | |
| CN102033380B (zh) | 多色系太阳光电电变色装置 | |
| Huang et al. | Photovoltaic electrochromic device for solar cell module and self-powered smart glass applications | |
| TWI385814B (zh) | 光電致變色元件及其製作方法 | |
| US8605350B2 (en) | Tunable photovoltaic electrochromic device and module | |
| US8865998B2 (en) | Photovoltaic electrochromic device | |
| CN101930142B (zh) | 光电致变色元件及其制造方法 | |
| US8508834B2 (en) | Printable photovoltaic electrochromic device and module | |
| Pugliese et al. | Highly efficient all-solid-state WO3-perovskite photovoltachromic cells for single-glass smart windows | |
| EP3635761B1 (en) | Multifunctional solid-state devices for solar control, photovoltaic conversion and artificial lighting | |
| Huang et al. | Tunable photovoltaic electrochromic device and module | |
| Martina et al. | Large area self-powered semitransparent trifunctional device combining photovoltaic energy production, lighting and dynamic shading control | |
| KR100581966B1 (ko) | 염료감응 태양전지 구동형 전기변색소자 | |
| JP5621670B2 (ja) | 光電変換エレクトロクロミック素子 | |
| CN101833213B (zh) | 光敏性电变色装置 | |
| CN103688216A (zh) | 具有可见光区域透明性的红外调节电活化器件 | |
| JP2006210229A (ja) | 色素増感型太陽電池およびその製造方法 | |
| KR20220042884A (ko) | 태양광 발전이 가능한 투과율 가변 장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120814 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121016 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130108 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130123 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160215 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5196271 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |