智能窗制造技术

一种智能窗，其包括玻璃和固定于该玻璃上的电致变色薄膜，所述电致变色薄膜依次包括第一基底、第一透明电极层、电致变色层、离子导体层、离子储存层、第二透明电极层、p(a‑SiC:H)层、i(a‑SiC:H)层、n(a‑SiC:H)层、第三透明电极层以及第二基底。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及能够自动调节窗户透光程度的智能窗结构，更具体地涉及一种基于电致变色的智能窗结构。
技术介绍
传统的智能窗是由电机控制其叶片开合程度进而控制进光量来实现的，这种智能窗结构受限于叶片的限制而不能精确实现进光量的控制。随着各种变色薄膜材料的出现，已经开始有将变色薄膜技术应用于各种光控设计当中。例如，三氧化钨薄膜可以通过利用电场作用而可逆地呈现不同的颜色，且其变色控制所需要的工作电压较低，通常在-3V-+3V之间，因此，已经出现了一些将三氧化钨薄膜应用于智能窗的设计方案，其中借助控制电压的调节来调节三氧化钨薄膜的颜色变化，从而调节室外太阳光的射入量。然而，目前的一些应用三氧化钨薄膜的智能窗设计当中仍然需要较多的外围设备，存在制造及安装等多个方面的不足。
技术实现思路
针对这些不足，本专利技术提出了一种改进的利用三氧化钨的电致变色性能的智能窗结构。借助本专利技术的智能窗结构及特定参数设计，可以以非常简单和紧凑的方式一体实现电致变色功能、功率源、光强检测及调节等功能，大大减小外围设备的数量，同时提高对太阳光的利用效率，真正实现一种绿色环保的智能窗设计。根据本专利技术的一个方面，智能窗可以包括玻璃和固定于该玻璃上的电致变色薄膜。所述电致变色薄膜依次包括第一基底1、第一透明电极层2、电致变色层3、离子导体层4、离子储存层5、第二透明电极层6、p(a-SiC:H)层7、i(a-SiC:H)层8、n(a-SiC:H)层9、第三透明电极层10以及第二基底11。其中，所述电致变色薄膜按照下列步骤1至9制作而成，即：步骤1：在所述第一基底1上形成SnO2:F层，从而形成所述第一透明电极层1，所述第一透明电极层2的厚度为700nm。步骤2：在1*10^-4Pa的真空环境下，加热使WO3固态纳米粉末蒸发，在所
述第一透明电极层2上沉积形成300nm厚的在X射线衍射下呈现不定形态的WO3层，从而构成所述电致变色层3。步骤3：将聚环氧乙烷粉末与LiN(SO2CF3)2按照O原子与Li原子数之比为20:3的比例溶解于乙腈中制备形成电解液，接着将所制备的电解液注入所述电致变色层3上，在65摄氏度的温度下蒸发36小时将溶剂去除，从而在所述电致变色层3上形成70nm厚的所述离子导体层4，随后将所形成的四层结构被保持在干燥环境下。步骤4：按照Ce原子与Ti原子数之比为1:1的比例将Ce(NH4)2(NO3)6与钛酸异丙酯溶解于乙醇中形成TiO2-CeO2先驱体溶胶，采用溶胶-凝胶法在所述离子导体层4上形成500nm厚的TiO2-CeO2层，即所述离子储存层5。步骤5：以与步骤1相同的工艺在所述离子储存层上形成850nm厚的SnO2:F层，即所述第二透明电极层6。步骤6：在6*10^-5帕的真空环境及160摄氏度的衬底温度下，以CH4/SiH4作为反应气体，按照CH4/SiH4的流量比为30:25(mL/min)、在70Pa的反应气体压力和90摄氏度的反应气体温度的工艺条件以化学气相沉积法形成单结的所述p(a-SiC:H)层，所述p(a-SiC:H)层的厚度为10nm。步骤7：接着依次沉积形成厚度为500nm的单结i(a-SiC:H)层8及厚度为10nm的单结n(a-SiC:H)层9。步骤8：采用磁控溅射法在所述n(a-SiC:H)层9上形成ITO层作为所述第三透明电极层10，其中，所述ITO层具有两层结构，紧挨n(a-SiC:H)层9形成的是500nm厚的平坦层，在所述平坦层上又形成有周期性的圆台结构，所述圆台结构的高度为300nm。步骤9：在所述第三透明电极层10上形成所述保护性的第二基底11。进一步地，在应用中，所述电致变色薄膜的第二基底11固定在所述玻璃的室内侧表面上。优选地，所述SnO2:F层可以采用溶胶-凝胶法或者化学气相沉积法形成。更进一步地，在所述第一基底1的与形成有所述第一透明电极层2相反的一侧上可以形成有抗磨层12，以改善智能窗的使用寿命。进一步地，所述第一透明电极层2、所述电致变色层3、所述离子导体层4、
所述离子储存层5及所述第二透明电极层6构成电致变色结构，其厚度被设计成使得所述电致变色结构具有2000欧姆的内阻；所述第二透明电极层6、所述p(a-SiC:H)层7、所述i(a-SiC:H)层8、所述n(a-SiC:H)层9及所述第三透明电极层10构成光伏电池结构。进一步地，本专利技术的智能窗还可以包括电致变色控制电路、光伏电池整流稳压电路及功率储存电路。该光伏电池整流稳压电路用于将光伏电池结构响应于光电响应输出的电流信号进行整流稳压。该电致变色控制电路可以包括微功耗的单片机，其被设置成根据室外光强调节所述电致变色结构的变色程度和/或根据预先设定的时间来调节所述电致变色结构的变色程度。进一步地，本专利技术的智能窗还可以包括与其光伏电池结构配合的光强检测电路，所述检测电路包括初级信号提取放大电路，所述初级信号提取放大电路包括三个运算放大器OP1、OP2及OP3。具体而言，在所述初级信号提取放大电路中，所述运算放大器OP1的反相输入引脚2连接所述光伏电池结构的输出端，并且经电阻R1和电容C1并联形成的外反馈电路、电阻R3、电容C3及电阻R4连接所述运算放大器OP1的输出引脚6；所述运算放大器OP1的同相输入引脚3经所述电阻R2和电容C2的并联电路与地GND连接。所述运算放大器OP2的同相输入引脚3经电阻R5和R4连接所述运算放大器OP1的输出引脚6，并且经电容C4接地GND，以及经电阻R5和电容C6连接所述运算放大器OP2的输出引脚6；所述运算放大器OP2的反相输入引脚2经电阻R6和电容C5的并联电路与所述运算放大器OP2的输出引脚6连接；所述运算放大器OP2的正电源引脚7连接正直流电源且经电容C8连接地GND，负电源引脚4连接负直流电源且经电容C7连接地GND；变阻器R8的调节端连接正直流电源，其余两端分别连接所述运算放大器OP2的引脚1和引脚8。所述运算放大器OP3的反相输入引脚2连接所述运算放大器OP2的输出引脚6，并且经电阻R7和电容C9连接所述运算放大器OP3的输出引脚6；所述运算放大器OP3的同相输入引脚3经电阻R9和电容C10连接地GND，变阻器R10的调节端连接于电阻R9和电容C10之间，且其余两端分别连接正负直流电源。其中，所述电容C3、C5及C9为pF量级，所述电容C7及C8μF量级。附图说明现在，将参考附图以示例的方式详细描述本专利技术的实施例，其中：图1示出了根据本专利技术的电致变色薄膜的层结构示意图；图2示出了根据本专利技术的初级信号提取放大电路的示意图。具体实施方式本专利技术公开了一种智能窗，其包括玻璃和固定于该玻璃上的电致变色薄膜。该电致变色薄膜可以独立于玻璃形成，从而方便了电致变色薄膜的制作及运输。如图1所示，本专利技术的电致变色薄膜依次包括第一基底1、第一透明电极层2、电致变色层3、离子导体层4、离子储存层5、第二透明电极层6、p(a-SiC:H)层7、i(a-SiC:H)层8、n(a-SiC:H)层9、第三透明电极层10以及第二基底11。根据本专利技术的电致变色薄膜按照下列工艺过程制作而成。步骤1：在基底1上形成SnO2:F层，从而形成第一透明电极层2。其中，基底1可以是任何适于在其上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能窗，其包括玻璃和固定于该玻璃上的电致变色薄膜，其特征在于：所述电致变色薄膜依次包括第一基底(1)、第一透明电极层(2)、电致变色层(3)、离子导体层(4)、离子储存层(5)、第二透明电极层(6)、p(a‑SiC:H)层(7)、i(a‑SiC:H)层(8)、n(a‑SiC:H)层(9)、第三透明电极层(10)以及第二基底(11)，其中，所述电致变色薄膜按照下列工艺过程制作而成，步骤1：在所述第一基底(1)上形成SnO2:F层，从而形成所述第一透明电极层(2)，所述第一透明电极层(2)的厚度为700nm；步骤2：在1*10^‑4Pa的真空环境下，加热使WO3固态纳米粉末蒸发，在所述第一透明电极层(2)上沉积形成300nm厚的在X射线衍射下呈现不定形态的WO3层，从而构成所述电致变色层(3)；步骤3：将聚环氧乙烷粉末与LiN(SO2CF3)2按照O原子与Li原子数之比为20:3的比例溶解于乙腈中制备形成电解液，接着将所制备的电解液注入所述电致变色层(3)上，在65摄氏度的温度下蒸发36小时将溶剂去除，从而在所述电致变色层(3)上形成70nm厚的所述离子导体层(4)，随后将所形成的四层结构被保持在干燥环境下；步骤4：按照Ce原子与Ti原子数之比为1:1的比例将Ce(NH4)2(NO3)6与钛酸异丙酯溶解于乙醇中形成TiO2‑CeO2先驱体溶胶，采用溶胶‑凝胶法在所述离子导体层(4)上形成500nm厚的TiO2‑CeO2层，即所述离子储存层(5)；步骤5：以与步骤1相同的工艺在所述离子储存层(5)上形成850nm厚的SnO2:F层，即所述第二透明电极层(6)；步骤6：在6*10^‑5帕的真空环境及160摄氏度的衬底温度下，以CH4/SiH4作为反应气体，按照CH4/SiH4的流量比为30:25(mL/min)、在70Pa的反应气体压力和90摄氏度的反应气体温度的工艺条件以化学气相沉积法形成单结的所述p(a‑SiC:H)层(7)，所述p(a‑SiC:H)层(7)的厚度为10nm；步骤7：接着依次沉积形成厚度为500nm的单结i(a‑SiC:H)层(8)及厚度为10nm的单结n(a‑SiC:H)层(9)；步骤8：采用磁控溅射法在所述n(a‑SiC:H)层(9)上形成ITO层作为所述第三透明电极层(10)，其中，所述ITO层具有两层结构，紧挨n(a‑SiC:H)层(9)形成的是500nm厚的平坦层，在所述平坦层上又形成有周期性的圆台结构，所述圆台结构的高度为300nm；步骤9：在所述第三透明电极层(10)上形成所述保护性的第二基底(11)；所述电致变色薄膜的第二基底(11)固定在所述玻璃的室内侧表面上。...

【技术特征摘要】
1.一种智能窗，其包括玻璃和固定于该玻璃上的电致变色薄膜，其特征在于：所述电致变色薄膜依次包括第一基底(1)、第一透明电极层(2)、电致变色层(3)、离子导体层(4)、离子储存层(5)、第二透明电极层(6)、p(a-SiC:H)层(7)、i(a-SiC:H)层(8)、n(a-SiC:H)层(9)、第三透明电极层(10)以及第二基底(11)，其中，所述电致变色薄膜按照下列工艺过程制作而成，步骤1：在所述第一基底(1)上形成SnO2:F层，从而形成所述第一透明电极层(2)，所述第一透明电极层(2)的厚度为700nm；步骤2：在1*10^-4Pa的真空环境下，加热使WO3固态纳米粉末蒸发，在所述第一透明电极层(2)上沉积形成300nm厚的在X射线衍射下呈现不定形态的WO3层，从而构成所述电致变色层(3)；步骤3：将聚环氧乙烷粉末与LiN(SO2CF3)2按照O原子与Li原子数之比为20:3的比例溶解于乙腈中制备形成电解液，接着将所制备的电解液注入所述电致变色层(3)上，在65摄氏度的温度下蒸发36小时将溶剂去除，从而在所述电致变色层(3)上形成70nm厚的所述离子导体层(4)，随后将所形成的四层结构被保持在干燥环境下；步骤4：按照Ce原子与Ti原子数之比为1:1的比例将Ce(NH4)2(NO3)6与钛酸异丙酯溶解于乙醇中形成TiO2-CeO2先驱体溶胶，采用溶胶-凝胶法在所述离子导体层(4)上形成500nm厚的TiO2-CeO2层，即所述离子储存层(5)；步骤5：以与步骤1相同的工艺在所述离子储存层(5)上形成850nm厚的SnO2:F层，即所述第二透明电极层(6)；步骤6：在6*10^-5帕的真空环境及160摄氏度的衬底温度下，以CH4/SiH4作为反应气体，按照CH4/SiH4的流量比为30:25(mL/min)、在70Pa的反应气体压力和90摄氏度的反应气体温度的工艺条件以化学气相沉积法形成单结的所述p(a-SiC:H)层(7)，所述p(a-SiC:H)层(7)的厚度为10nm；步骤7：接着依次沉积形成厚度为500nm的单结i(a-SiC:H)层(8)及厚度为10nm的单结n(a-SiC:H)层(9)；步骤8：采用磁控溅射法在所述n(a-SiC:H)层(9)上形成ITO层作为所述第三透明电极层(10)，其中，所述ITO层具有两层结构，紧挨n(a-SiC:H)层(9)形成的是500nm厚的平坦层，在所述平坦层上又形成有周期性的圆台结构，所
\t述圆台结构的高度为300nm；步骤9：在所述第三透明电极层(10)上形成所述保护性的第二基底(11)；所述电致变色薄膜的第二基底(11)固定在所述玻璃的室内侧表面上。2.如权利要求1所述的智能窗，其中，在所述步骤2中，所述SnO2:F层是采用溶胶-凝胶法或者化学气相沉积法形成的。3.如权利要求1或2所述的智能窗，其中，在所述第一基底(1)的与形成有所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俭俭，
申请(专利权)人：大昶门控科技上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31