TWI438912B - 具自變色及發電之裝置 - Google Patents

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Jen Chieh Chung
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Description

具自變色及發電之裝置
本發明係為一種具自變色及發電之裝置，特別是一種用於太陽能產業之技術。
近來科技日益發達，人類對能源的需求不斷增加，重要的化石燃料-石油及煤，在過度使用下數量已快速減少，導致目前人類正面臨能源短缺及環境污染等危機。因此，提高能源的利用率及發展替代能源將成為二十一世紀的主要議題。其中太陽能發電做為動力供應主要來源之一，已日漸引起重視。據科學家估計，太陽照射到地球表面的能量每年約為：3x1024 焦耳，此龐大能量估計係地球人口每年總消耗能量的一萬倍。如果能充分應用地表所吸收的龐大能量、能源轉換，著實能解決不少能源危機的問題。而太陽能發電是利用特殊的半導體材料製成太陽能板，把光能轉換成電能的裝置，例如電子計算機上的太陽能電池板即為具體的應用例。
染料敏化的功能很早就被發現，在1976年日本Tsubomura發表利用多孔性ZnO作為染料敏化太陽能電池(DSSCs)之工作電極，達到2.5%的光電轉換效率，此後DSSCs成為新型太陽能電池的研究發展之一，可惜效率一直無法突破；直到1991年瑞士M. Grtzel實驗室發展出一種高效率、低成本的敏化太陽能電池：利用TiO2 多孔膜製作電極，再以釕錯合物(Ru-complex)染料敏化處理後，而後使用碘離子(I- /I3- )溶液作電解質，對電極用鍍上鉑(platinum)金屬的導電玻璃。輔以染料的理想光譜特性，大幅提昇DSSCs的光電轉換效率達7.1~7.9%。其和以矽為主的太陽電池相比，具有低發電成本與可大面積生產的優勢，所以近來受到許多學者的矚目。
而TiO2 具有良好的光觸媒活性，其價帶與傳導帶的能隙(Band gap)達3.0~3.2 eV，當能量大於此能量障壁的光照射到TiO2 時，就會產生電子-電洞對的分離(separation)，電子-電洞對的分離與再結合(recombination)是相互競爭的機制，唯有電子-電洞對分離並分別進行自由基反應，方能顯其光催化活性。
關於電致變色的材料，大部分的研究是在於過渡金屬的氧化物，其中過渡金屬氧化物中的高能隙半導體氧化物氧化鎢(WO3 )是一個理想的選擇，因為(1)氧化鎢薄膜顯示出不同種類的發光特性，例如熱致變色、光致變色與電致變色，及另外一些非可逆的變色過程。(2)氧化鎢薄膜比其他發光材料已經有更詳細的研究。(3)到現在為止，大部分的電致變色的裝置研究上，氧化鎢薄膜是更適合的光學功能性薄膜。氧化鎢為d0 過渡金屬，有許多令人關注的光學、電、結構及缺陷特性。
為解決上述問題，本發明提出一種具自變色及發電之裝置，包含有：一第一基板，其材料係為可透光之導電材料；一第一電極，係形成於該第一基板上，係為一薄膜，其材料係為金屬或金屬氧化物；一變色層，係形成於該第一電極上，其材料可為電致變色材料；一二氧化鈦層，係形成於該變色層上，其材料係為二氧化鈦；一第二基板，其材料係為可透光之導電材料，該第二基板上包含有一第二電極，係為一薄膜，其材料係為金屬或金屬氧化物，該第一基板與該第二基板之側面以密封膠固定，該第二電極與該二氧化鈦層之間距離有一間隔以形成一空間，其中，該空間設置有一電解質層，其材料係為含碘離子(I- /I3- )之電解液。
在另一實施例中，本發明提出一種具自變色及發電之裝置，包含有：一第一基板，其材料係為可透光之導電材料；一第一電極，係形成於該第一基板上，係為一薄膜，其材料係為金屬或金屬氧化物；一第二基板，其材料係為可透光之導電材料，該第二基板上包含有一第二電極，係為一薄膜，其材料係為金屬或金屬氧化物；一變色層，係形成於該第二電極下，其材料係為電致變色材料；一二氧化鈦層，係形成於該變色層下，其材料係為二氧化鈦；該第一基板與該第二基板之側面以密封膠固定，該第一電極與該二氧化鈦層之間距離有一間隔以形成一空間，其中，該空間設置有一電解質層，其材料可為含碘離子(I- /I3- )之電解液。
當光照射在本發明之一種具自變色及發電之裝置上時，該二氧化鈦層便會開始將光能轉化為電能，由於該變色層係為電致變色材料，當接受到該二氧化鈦層所轉換出之電能便可變色。
當光強度不足以驅動本發明之裝置時，另可於該第一電極及該第二電極間設置一電壓降(<2V)以驅動本裝置，使該變色層發生變色之效果。
以下將參照隨附之圖式來描述本發明為達成目的所使用的技術手段與功效，而以下圖式所列舉之實施例僅為輔助說明，以利貴審查委員瞭解，但本案之技術手段並不限於所列舉圖式。
再請參閱圖一所示，一種具自變色及發電之裝置，包含有：一第一基板10，其材料可為可透光之導電材料，例如FTO玻璃；一第一電極11，係形成於該第一基板10上，係為一薄膜，其材料可為金屬或金屬氧化物，例如鉑、金、銀、二氧化鈦，本實施例係為二氧化鈦；一變色層12，係形成於該第一電極11上，其材料可為電致變色材料，例如氧化鎢(WO3 )；一二氧化鈦層13，係形成於該變色層12上，其材料可為二氧化鈦；一第二基板16，其材料可為可透光之導電材料，例如ITO玻璃，該第二基板16上包含有一第二電極15，係為一薄膜，其材料可為金屬或金屬氧化物，例如鉑、金、銀、二氧化鈦，本實施例係為鉑，該第一基板10與該第二基板16之側面以密封膠固定，該第二電極15與該二氧化鈦層13之間距離有一間隔以形成一空間，其中，該空間設置有一電解質層14，其材料可為含碘離子(I- /I3- )之電解液。
再請參閱圖二所示，一種具自變色及發電之裝置，包含有：一第一基板10，其材料可為可透光之導電材料，例如FTO玻璃；一第一電極11，係形成於該第一基板10上，係為一薄膜，其材料可為金屬或金屬氧化物，例如鉑、金、銀、二氧化鈦，本實施例係為二氧化鈦；一第二基板16，其材料可為可透光之導電材料，例如ITO玻璃，該第二基板16上包含有一第二電極15，係為一薄膜，其材料可為金屬或金屬氧化物，例如鉑、金、銀、二氧化鈦，本實施例係為鉑；一變色層12，係形成於該第二電極15下，其材料可為電致變色材料，例如氧化鎢(WO3 )；一二氧化鈦層13，係形成於該變色層12下，其材料可為二氧化鈦；該第一基板10與該第二基板16之側面以密封膠固定，該第一電極11與該二氧化鈦層13之間距離有一間隔以形成一空間，其中，該空間設置有一電解質層14，其材料可為含碘離子(I- /I3- )之電解液。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明權利要求所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請　貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。
10‧‧‧第一基板
11‧‧‧第一電極
12‧‧‧變色層
13‧‧‧二氧化鈦層
14‧‧‧電解質層
15‧‧‧第二電極
16‧‧‧第二基板
圖一係為一種具自變色及發電之裝置實施例之一示意圖
圖二係為一種具自變色及發電之裝置實施例之二示意圖
10．．．第一基板
11．．．第一電極
12．．．變色層
13．．．二氧化鈦層
14．．．電解質層
15．．．第二電極
16．．．第二基板

Claims (10)

  1. 一種具自變色及發電之裝置，包含有：一第一基板，其材料係為可透光之導電材料；一第一電極，係形成於該第一基板上，係為一薄膜，其材料係為金屬或金屬氧化物；一變色層，係形成於該第一電極上，其材料可為電致變色材料；一二氧化鈦層，係形成於該變色層上，其材料係為二氧化鈦；一第二基板，其材料係為可透光之導電材料，該第二基板上包含有一第二電極，係為一薄膜，其材料係為金屬或金屬氧化物，該第一基板與該第二基板之側面以密封膠固定，該第二電極與該二氧化鈦層之間距離有一間隔以形成一空間，其中，該空間設置有一電解質層，其材料係為含碘離子(I- /I3- )之電解液；其中，該變色層係氧化鎢，係接受到該二氧化鈦層所轉換出之電能便可變色，當光強度不足以驅動該變色層時，於該第一電極及該第二電極間設置小於2V的一電壓降以驅動本裝置，使該變色層發生變色。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之一種具自變色及發電之裝置，其中，該第一基板之材料係為FTO玻璃。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之一種具自變色及發電之裝置，其中，該第二基板之材料係為ITO玻璃。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之一種具自變色及發電 之裝置，其中，該第一電極之材料係為金或銀或鉑或二氧化鈦。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之一種具自變色及發電之裝置，其中，該第二電極之材料係為金或銀或鉑或二氧化鈦。
  6. 一種具自變色及發電之裝置，包含有：一第一基板，其材料係為可透光之導電材料；一第一電極，係形成於該第一基板上，係為一薄膜，其材料係為金屬或金屬氧化物；一第二基板，其材料係為可透光之導電材料，該第二基板上包含有一第二電極，係為一薄膜，其材料係為金屬或金屬氧化物；一變色層，係形成於該第二電極下，其材料係為電致變色材料；一二氧化鈦層，係形成於該變色層下，其材料係為二氧化鈦；該第一基板與該第二基板之側面以密封膠固定，該第一電極與該二氧化鈦層之間距離有一間隔以形成一空間，其中，該空間設置有一電解質層，其材料可為含碘離子(I- /I3- )之電解液；其中，該變色層係氧化鎢，係接受到該二氧化鈦層所轉換出之電能便可變色，當光強度不足以驅動該變色層時，於該第一電極及該第二電極間設置小於2V的一電壓降以驅動本裝置，使該變色層發生變色。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之一種具自變色及發電之裝置，其中，該第一基板之材料係為FTO玻璃。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之一種具自變色及發電之裝置，其中，該第二基板之材料係為ITO玻璃。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之一種具自變色及發電之裝置，其中，該第一電極之材料係為金或銀或鉑或二氧化鈦。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之一種具自變色及發電之裝置，其中，該第二電極之材料係為金或銀或鉑或二氧化鈦。
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