軟性電致變色技術 don't copy...

軟性電致變色技術軟性電致變色技術在節能窗的應用在節能窗的應用

工業技術研究院工業技術研究院

南分院南分院雷射應用中心雷射應用中心

軟電製程設備部軟電製程設備部

鍾儀文博士鍾儀文博士Email:[email protected]

Tel:06-6939148

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Copyright 2010 ITRI 工業技術研究院

波音波音787787 法拉利法拉利621621

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http://www.nrel.gov/features/20100301_windows.htmlhttp://www.nrel.gov/features/20100122_electrochromic.html

美國再生能源實驗室美國再生能源實驗室

ToToday's dynamic windows still cost up to day's dynamic windows still cost up to $1,000 per square meter$1,000 per square meter of glass of glass

ElectrochromicElectrochromic windows can block as much as windows can block as much as 98 percent of the direct sunlight98 percent of the direct sunlight. . In computer simulations of building performance, the In computer simulations of building performance, the electrochromicelectrochromic windows:windows:•• reduce electricity consumption for cooling by up to 49 percent; reduce electricity consumption for cooling by up to 49 percent; •• lower peak electrical power demand by up to 16 percent; and lower peak electrical power demand by up to 16 percent; and •• decrease lighting costs by up to 51 percent. decrease lighting costs by up to 51 percent.

NREL researchers also are investigating ways to rapidly make NREL researchers also are investigating ways to rapidly make electrochromicelectrochromic films on cheaper, films on cheaper, flexible plastic substrates instead of glass. This will allow deflexible plastic substrates instead of glass. This will allow development of sovelopment of so--called "called "roll to rollroll to roll" " (R2R) processing methods similar to those currently used to prin(R2R) processing methods similar to those currently used to print newspapers. t newspapers. DO

N'T CO

PY


北投圖書館北投圖書館花博夢想館花博夢想館

太陽能發電太陽能發電隔熱建材隔熱建材生態綠化生態綠化自然採光自然採光水資料利用水資料利用智慧控制智慧控制

節能窗節能窗

綠建築技術綠建築技術綠色產業綠色產業

太陽光電太陽光電LEDLED節能照明節能照明

綠建築技術綠建築技術

( ( 缺缺 ))( ( 台灣產業已具備台灣產業已具備 )) ( ( 台灣技術已具備台灣技術已具備 ))

15%

57%

18%

10%

交通傳輸工具耗能

工業耗能

建築物耗能

其他耗能

Source:Source:經濟部能源局經濟部能源局

25%

51%

24%

照明

空調

其他

與窗戶耗能與窗戶耗能息息相關息息相關

節能窗的發展將會補足現今綠建築技術中的最後一塊拼圖節能窗的發展將會補足現今綠建築技術中的最後一塊拼圖DO

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建築設計概念

電致變色窗電致變色窗

視野佳視野佳

節能窗效應節能窗效應

台北台北:35% :35% ；；高雄高雄:27%:27%住宅開口率

節能建築開口率一般住宅一般住宅: : ＜＜25%25%辦公建築辦公建築: : ＜＜40%40%

玻璃窗面積極大化

耗能嚴重耗能嚴重

空調用電總共 28800W/天28800W/天 × 18% = 5184W/天

每天可省 5.42度電

可減碳 3.45kg/天

每調高溫度設定值1℃可節省冷氣用電6％

電致變色窗估計可降低3~5℃節省18%~30%空調用電

可省電費 20元/天DON'T

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（1）導電基材層：可以是金屬、合金、導電玻璃或塑膠導電基材。（2）工作電極層：即主要電致色變材料層，為電致色變元件中提供

顏色變化的主要材料。

（3）電解質層：可為液態、膠態或固態電解質。

（4）離子儲存層：可為一般電極或另一種電致變色物質，用來調節元件的光學密度差或提供不同的顏色變化。

電致變色元件電致變色元件

電致變色元件電致變色元件

透明導電基材層透明導電基材層

電致變色層電致變色層

電解質層電解質層

離子儲存層離子儲存層透明導電基材層透明導電基材層

vv

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種類電致變色材料響應時間

WOWO33VV22OO33NiONiOXX

Fe4[Fe(CN)6]3InFe(CN)6

快快

慢慢

快快

高分子聚合物Poly(aniline)Pyrazoline

短短多多

Viologen

過渡金屬氧化物

價間嵌入化合物

有機化合物

循環壽命顏色表現

長長少少

短短普通普通

電致變色材料電致變色材料

黃色藍色

灰色紅色

V2O5CuOx

氧化還原均著色氧化還原均著色

透明深青銅色藍色/綠色

NiOxFe4[Fe(CN)6]3

氧化態著色氧化態著色((＋＋))

深藍色深藍色

透明WO3MoO3

還原態著色還原態著色((－－))

還原態還原態((－－))氧化態氧化態((＋＋))電致變色材料電致變色材料

電致色變理論源自於電致色變理論源自於 J. R. Platt in 1961J. R. Platt in 1961電致色變元件首次發表電致色變元件首次發表 Deb et al in 1969Deb et al in 1969

•• Prof. Prof. ClaesClaes G. G. GranqvistGranqvist•• Dr. Carl M.Dr. Carl M. LampertLampert

氧化釩氧化釩氧化鎢氧化鎢

Adv. Mater. 16 (2004) 1905 Adv. Mater. 16 (2004) 1905

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電致變色理論電致變色理論

WO3 + x(Li+ +e-) → LixWIV(1-x)WVxO3

電致變色全反應化學式電致變色全反應化學式

(FeII (1-x) Lix)FeIII x[Fe(CN)6] Fe2+ + [Fe(CN)6]3- + x(Li+ + e-)反應的瞬間，先嵌入鋰離子

Solar Energy Materials & Solar Cells 60 (2000) 201Solar Energy Materials & Solar Cells 60 (2000) 201

‧‧結晶系結晶系

‧‧非晶系非晶系

鋰離子嵌鋰離子嵌入位置入位置

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光學密度＆著色效率光學密度＆著色效率

當材料在進行電化學反應當材料在進行電化學反應時，所消耗的電量越少，穿時，所消耗的電量越少，穿透率變化越大，則此材料的透率變化越大，則此材料的電致變色性質則越佳。電致變色性質則越佳。

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電致變色材料製備電致變色材料製備過渡金屬氧化物過渡金屬氧化物

價間嵌入化合物價間嵌入化合物

有機化合物有機化合物

真空鍍膜法電化學沉積法溶膠凝膠法水熱法

電化學沉積法溶膠凝膠法

電化學聚合法化學聚合法

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電子撞擊惰性氣體(正電)→正電粒子陰極吸引→撞擊鈀材表面→在陽極上形成薄膜

真空鍍膜法真空鍍膜法

•• 反應濺鍍法反應濺鍍法

真空鍍膜法：濺鍍法、熱蒸鍍真空鍍膜法：濺鍍法、熱蒸鍍

SourceSource：國立台南大學電機系盧陽明教授實驗室：國立台南大學電機系盧陽明教授實驗室

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電化學沉積法電化學沉積法

countercounter

workingworking

referencereference

33極電鍍系統極電鍍系統

普魯士藍普魯士藍氧化鎢氧化鎢

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ViViologensologens

Solid State Ionics 165 (2003) 315Solid State Ionics 165 (2003) 315

化學聚合法化學聚合法

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電解質電解質

型態：液態型態：液態、、膠態與固態膠態與固態 →→ 薄膜態薄膜態((工研院工研院))

材質：液態材質：液態、、無機系、有機系無機系、有機系

傳統電解質封裝步驟製程繁雜，且耗成本傳統電解質封裝步驟製程繁雜，且耗成本

液態電解質：碳酸丙烯＋過氯酸鋰液態電解質：碳酸丙烯＋過氯酸鋰

固態電解質：鋰鹽固態電解質：鋰鹽++高分子高分子 ( ( 有機系有機系 ))

無機材質系無機材質系

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液態電解質填充液態電解質填充

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固態電解質固態電解質

無機電解質材料

Solar Energy Materials & Solar Cells (2010)Solar Energy Materials & Solar Cells (2010)

有機電解質材料

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SAGESAGE

全真空濺鍍製程示意圖全真空濺鍍製程示意圖DO

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GesimatGesimat

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ChromoGenicsChromoGenics

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工研院研發成果工研院研發成果

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Flexible Thin FilmFlexible Thin Film

Prussian blue/ITO/Prussian blue/ITO/GlassGlass Prussian blue/ITO/PET (A4)Prussian blue/ITO/PET (A4)

Prussian blue/ITO/PETPrussian blue/ITO/PET

Prussian blue/ITO/PETPrussian blue/ITO/PET60cm 60cm ×× 30cm30cm

60cm 60cm ×× 50cm50cmDON'T

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玻璃基材玻璃基材--電致變色元件電致變色元件

Flexible Flexible ElectrochromicElectrochromic Device in A4 size Device in A4 size

軟性電致變色元件軟性電致變色元件 10cm10cm××10cm10cm

ElectrochromicElectrochromic DeviceDevice

大面積電致變色元件大面積電致變色元件--塑膠基材塑膠基材 (A3)(A3)

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節能測試節能測試

團隊所開發之電致團隊所開發之電致變色元件經光譜量變色元件經光譜量測發現，在大於測發現，在大於700nm700nm的長波長區的長波長區段段((紅外線區段紅外線區段))只只剩平均剩平均 20%20% 穿透穿透率，可有效阻擋熱率，可有效阻擋熱源源 (3(3℃℃~5~5℃℃))，達到，達到節能效果節能效果

31℃ 28℃

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灰階顯示灰階顯示

Wavelength (nm)Wavelength (nm)

穿透

率穿

透率

T%T%

Adv. Mater. 16 (2004) 1905 Adv. Mater. 16 (2004) 1905

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‧‧大面積鍍膜技術大面積鍍膜技術((非真空非真空))‧‧軟性元件技術軟性元件技術

‧‧高效率電解質製程技術高效率電解質製程技術

‧‧高著色率元件高著色率元件 ((＜＜55%)%)‧‧抗抗IR ~5%/IR ~5%/＞＞700nm700nm‧‧循環壽命循環壽命＞＞5000050000‧‧耐溫狀況耐溫狀況＜＜8080℃℃‧‧切換速度切換速度 ~ 25sec/A3~ 25sec/A3‧‧大面積軟性薄膜大面積軟性薄膜 (60cm(60cm××50cm)50cm)

1.高透光太陽能窗發電模組2.晝光導光板3.可調光液晶玻璃4.4.軟性電致變色節能膜技術軟性電致變色節能膜技術5.REDDEX(防火材料)

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產業鏈產業鏈

透明導電膜製造廠商透明導電膜製造廠商

透明導電玻璃製造廠商透明導電玻璃製造廠商

電致變色層製備電致變色層製備電解質技術電解質技術元件組裝元件組裝產品規格產品規格

真空鍍膜廠商真空鍍膜廠商

真空設備商真空設備商

建築商建築商

車用零件商車用零件商

功能型眼鏡商功能型眼鏡商

電致變色節能窗電致變色節能窗

材料廠商材料廠商

材料廠商材料廠商

設備廠商設備廠商

驅動控制廠商驅動控制廠商

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兩片玻璃中間隔著乾燥空氣或惰性氣體，使用含乾燥劑的鋁條或矽膠條製作而成。採用真空濺射方式將玻璃表面濺鍍多層不同材質鍍膜，藉以達到抗紅外線輻射效應。

夏夏天天

冬冬天天

低輻射玻璃低輻射玻璃

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液晶玻璃液晶玻璃

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Low-E 玻璃液晶智慧窗電致變色節能膜

技術優點

‧玻璃元件

‧技術較成熟

‧可阻擋紅外線(＜80%)

‧玻璃元件

‧智慧切換速度快(5ms)

‧可見光遮蔽效果佳

‧塗佈製程，製作簡單

‧玻璃與軟性元件均可

‧可阻擋紅外線(~95%)

‧具智慧調光功能

‧紅外線穿透率可調控

‧具連續式製程潛力

‧驅動電壓低(±5v)

技術缺點

‧製式規格，安裝不易

‧多層鍍膜製程繁雜

‧無法擋可見光，需搭配窗

簾使用

‧抗紅外線效率提高，會造

成透光率下降

‧材料價格昂貴

‧無法擋紅外線，所以無

節能效果

‧不易製作成軟性元件

‧液晶耐候性不佳

‧驅動電壓高(~60v)

‧切換速度慢(25sec/A3)

‧循環壽命有限(50000圈)

‧大面積鍍膜設備昂貴

備註代表廠商為台玻，但目前台玻製作的Low-E玻璃隔熱效果非常不佳。

國內代表廠商為奇瑋光電，因無法擋紅外線熱源，所以主要是應用於室內窗戶。

國內尚無相關廠商，主要大廠均在歐美地區。

技術比較技術比較

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軟性電致變色技術在節能窗的應用電致變色材料製備化學聚合法電解質固態電解質產業鏈液晶玻璃

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