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CN108292036A - 光伏-电致变色窗户 - Google Patents

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CN108292036A
CN108292036A CN201680066668.3A CN201680066668A CN108292036A CN 108292036 A CN108292036 A CN 108292036A CN 201680066668 A CN201680066668 A CN 201680066668A CN 108292036 A CN108292036 A CN 108292036A
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Abstract

本文的实施方案涉及电致变色窗户，所述电致变色窗户包括安置在其上的透明光伏器件涂层。在一些情况下，所述光伏器件涂层可以是波长选择性的。在这些或其他情况下，所述光伏器件涂层可以包括钙钛矿基材料。

Description

光伏-电致变色窗户
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年10月28日提交的名称为“PHOTOVOLTAIC-ELECTROCHROMICWINDOWS”的美国临时专利申请号62/247,719，以及于2016年3月25日提交的名称为“PHOTOVOLTAIC-ELECTROCHROMIC WINDOWS”的美国临时专利申请号62/313,587的权益，所述专利申请两者出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
技术领域
本发明总体涉及电致变色器件，更具体地涉及光伏-电致变色窗户和相关控制器。
发明背景
电致变色是其中材料在被置于不同电子状态中时通常因经受电压变化而展现光学性质的可逆的电化学介导的变化的现象。光学性质通常是颜色、透射率、吸光度以及反射率中的一个或多个。一种众所周知的电致变色材料是具有稍低于化学计量的氧的氧化钨。氧化钨是一种阴极电致变色材料，其中透明到蓝色的上色转变通过电化学还原而发生。
电致变色材料可以结合到例如家用、商用和其他用途的窗户中。可以通过诱导电致变色材料的变化来改变这类窗户的颜色、透射率、吸光度和/或反射率，即，电致变色窗户是可以电子方式变暗或变亮的窗户。施加到窗户的电致变色器件(EC)的小电压会使所述窗户变暗；使电压极性反向会使所述窗户变亮。这种能力允许控制穿过窗户的光的量，并且使得电致变色窗户有机会用作节能装置。窗户的节能方面可以通过包括如本文所述的某些特征来增强。
发明概要
本文呈现了各种先进的光伏-电致变色(PV-EC)窗户。有许多原因导致PV膜通常不被包括在电致变色窗户上。然而，随着新的PV膜，特别是透明PV膜和EC窗户设计的进步，PV膜与EC窗户的结合使用变成了一项更加可行的选择。PV膜和EC器件各自可以提供在窗片上，所述窗片可以结合到IGU和/或层压结构中。许多不同的配置是可能的，在每种情况下具有不同的优点和缺点。
在所公开的实施方案的一个方面中，提供了一种光伏-电致变色(PV-EC)窗户，所述PV-EC窗户包括：第一衬底和第二衬底，所述第一衬底和第二衬底基本上彼此平行地定向；PV膜，所述PV膜安置在第一衬底和第二衬底中的至少一个上，其中PV膜是透明的，并且其中PV膜是波长特定的，使得所述PV膜相较于在可见波长下而在UV和/或IR波长下选择性地转换光能；以及EC器件，所述EC器件安置在第一衬底和第二衬底中的至少一个上。
在所公开的实施方案的另一个方面中，提供了一种光伏-电致变色(PV-EC)窗户，所述PV-EC窗户包括：第一衬底和第二衬底，所述第一衬底和第二衬底基本上彼此平行地定向；光伏膜，所述光伏膜安置在第一衬底和第二衬底中的至少一个上，其中PV膜是透明的，并且其中PV膜包括钙钛矿基材料；以及EC器件，所述EC器件安置在第一衬底和第二衬底中的至少一个上。
在各种实施方案中，钙钛矿基材料可以包括有机三卤金属。在一些这样的实施方案中，有机三卤金属可以选自由以下组成的组：(NH3)MX3、(CH3NH2)MX3、(CH3)2N(H)MX3、H(C＝O)N(H)MX3、HN＝CN(H2)MX3、X-(CH2)3MX3等等，其中M是Pb或Sn，并且每个X独立地是F、Cl、Br或I。在某些实现方式中，M是Pb。在其他实现方式中，M是Sn。在各种实现方式中，至少一个X可以是F。在这些或其他实施方案中，至少一个X可以是Cl。在这些或其他实施方案中，至少一个X可以是Br。在这些或其他实施方案中，至少一个X可以是I。
在一些实现方式中，有机三卤金属可以具有式(R)3N-M(X)3，其中每个R独立地选自由H和(C1-C6)烷基组成的组，任选地被一个或多个相同或不同的R8基团取代；M是铅或锡；每个X独立地是卤素；R8选自由以下组成的组：Ra、Rb、被一个或多个相同或不同的Ra或Rb取代的Ra、-ORa、-SRa以及-N(Ra)2；每个Ra独立地选自由氢、(C1-C6)烷基和(C1-C6)芳基组成的组；并且(i)每个Rb独立地选自由以下组成的组：-NRaRa、卤素、-CF3、-CN、-C(O)Ra、-C(O)ORa以及-C(O)NRaRa；或者(ii)Rb中的两个组合来形成＝O或＝N-Ra。
下文将会参考附图来更详细地描述这些和其他特征及优点。
附图简述
当结合附图考虑时，可以更全面地理解以下具体实施方式，在附图中：
图1A展示了绝缘玻璃单元(IGU)的构造。
图1B展示了根据某些实施方案的电致变色器件。
图2A示出了具有两个窗片的电致变色IGU的截面。
图2B展示了具有三个窗片的电致变色IGU的截面。
图3、图4、图5A和图5B示出了双层窗片IGU的截面图，所述双层窗片IGU包括光伏器件涂层和电致变色器件涂层，每一者位于IGU上的不同位置处。
图6展示了具有定位在电致变色器件涂层与光伏器件涂层之间的玻璃片的IGU。
图7-10示出了不同的三层窗片IGU，所述三层窗片IGU包括光伏器件涂层和电致变色器件涂层，每一者位于IGU上的不同位置处。
图11-13展示了包括以不同配置提供的电致变色器件涂层和光伏器件涂层两者的层压窗户结构。
图14A和图14B示出了其上具有光伏器件涂层的IGU，其中IGU包括板上控制器。
图14C展示了在某些实施方案中可以用作电连接的导电胶带。
图15示出了根据某些实施方案的钙钛矿的晶体结构。
图16展示了利用钙钛矿基材料的光伏器件涂层的示例结构。
具体实施方式
电致变色(EC)窗户可以用在各种各样的环境中，例如用在办公楼和住宅楼中。尽管电致变色窗户一般使用少量能量，但是具有自供电的电致变色窗户将有益于进一步减少其能源足迹并且降低与对电致变色窗户的控制架构进行硬接线相关联的安装复杂性。光伏(PV)膜(又被称为PV器件涂层)与电致变色窗户的结合使用是特别有吸引力的，因为PV膜可以最小化(并在一些情况下消除)往往用于驱动电致变色窗户上的光学转变的电网供应的电量。这可以节省窗户安装之后的操作成本，并且还使窗户更为环保。
由于各种原因，PV膜常规上来说在实践中并未被结合到电致变色窗户中。首先，大多数常规的PV膜在定位在窗户的可见区域中时不够透明以至于无法在美学上令人愉悦。这类膜可能会显得较暗或不透明，或可能具有其他美学缺点。然而，最新的PV膜可以使得这类膜能够用作电致变色窗户上的窗户涂层。这些新的膜明显比先前的膜更为透明，从而提供了高清晰度(低雾度)，使得所述膜可以被添加到窗户，而不会贬损窗户的外观。而且，改进的PV膜可以具有更高的效率并且针对EC窗户的需求产生足够的电力。相对于常规的透明PV膜的折衷是为了使膜更透明和美观宜人，牺牲了电池效率。然而，新材料和改进的技术提供了透明PV膜，所述透明PV膜具有足够的电力和美观性以实现迄今为止无法预料的PV-EC窗户技术。
PV膜或其他器件尚未被广泛地结合到电致变色窗户中的另一个原因是常规PV器件产生相对较低的电量，并且这种电力在不受控制的时间产生。包括可再充电电池可以缓解这个问题，从而允许根据需要转换、储存和使用太阳能。这类电池尚未被广泛使用的一个原因是难以将电池定位在可容易触及(例如，为了根据需要更换电池)、美观宜人并可用于向电致变色器件的汇流条递送电力的位置。然而，可触及的板上控制器的使用满足了这些条件，并且因此使得PV膜的使用更具吸引力。在以下美国专利申请和美国临时专利申请中进一步论述了板上控制器以及电致变色器件，所述专利申请中的每一个以引用的方式整体并入本文：于2014年11月26日提交且名称为“SELF-CONTAINED EC IGU”的美国临时专利申请号62/085,179；以及于2015年11月24日提交且名称为“SELF-CONTAINED EC IGU”的美国专利申请号14/951,410。在2009年12月22日提交且名称为“FABRICATION OF LOWDEFECTIVITY ELECTROCHROMIC DEVICES”的美国专利申请号12/645,111中也论述了电致变色器件，所述专利申请以引用的方式整体并入本文。
某些实施方案描述了透明钙钛矿光伏电池。这些材料中的某些含有有机基团。如本文所使用，以下术语意在具有以下含义：
“烷基”自身或作为另一个取代基的一部分指代具有所陈述的碳原子数(即，C1-C6意指1至6个碳原子)的饱和或不饱和的支链、直链或环状一价烃基，其通过从母体烷烃、烯烃或炔烃的单个碳原子去除一个氢原子而获得。典型的烷基包括但不限于：甲基；乙基诸如乙烷基、乙烯基、乙炔基；丙基诸如丙-1-基、丙-2-基、环丙-1-基、丙-1-烯-1-基、丙-1-烯-2-基、丙-2-烯-1-基、环丙-1-烯-1-基、环丙-2-烯-1-基、丙-1-炔-1-基、丙-2-炔-1-基等；丁基诸如丁-1-基、丁-2-基、2-甲基-丙-1-基、2-甲基-丙-2-基、环丁-1-基、丁-1-烯-1-基、丁-1-烯-2-基、2-甲基-丙-1-烯-1-基、丁-2-烯-1-基、丁-2-烯-2-基、丁-1,3-二烯-1-基、丁-1,3-二烯-2-基、环丁-1-烯-1-基、环丁-1-烯-3-基、环丁-1,3-二烯-1-基、丁-1-炔-1-基、丁-1-炔-3-基、丁-3-炔-1-基等；以及类似物。
“芳基”自身或作为另一个取代基的一部分指代具有所陈述的碳原子数(即，C5-C15意指5至15个碳原子)的一价芳族烃基，其通过从母体芳香环体系的单个碳原子去除一个氢原子而获得。典型的芳基包括但不限于：衍生自以下的基团：醋蒽烯、苊烯、醋菲烯、蒽、薁、苯、晕苯、荧蒽、芴、并六苯、己芬、hexalene、不对称引达省、对称引达省、二氢化茚、茚、萘、八并苯、八苯、艾氏剂、卵苯、戊-2,4-二烯、并五苯、戊搭烯、五苯、二萘嵌苯、非那烯、菲、二萘品苯、七曜烯、芘、吡蒽、玉红省、三亚苯、三萘等等，以及其各种氢化异构体。在某些实施方案中，芳基可以是(C5-C15)芳基，或更确切地是(C5-C10)芳基。在一些情况下，芳基可以选自由环戊二烯基、苯基和萘基组成的组。
“卤素”指代氟、氯、溴和碘。
电致变色器件和窗户
在本申请中，“IGU”包括两个(或更多个)基本上透明的衬底，例如，两个玻璃窗格(又被称为玻璃窗片)，其中至少一个衬底包括其上安置的EC器件，并且窗格具有安置在其间的密封分隔件(在窗户行业中通常被称为“间隔件”)。IGU中的窗格中的一个或多个可以层压到另一衬底上。图1A展示了电致变色IGU,100，所述电致变色IGU由第一窗片102构成，所述第一窗片其上具有电致变色器件涂层(参见图1B，例如电致变色器件涂层105)并且可以包括例如汇流条103以将电力递送到电致变色器件涂层。IGU通常例如使用间隔件106来气密地密封，所述间隔件对第一窗片102与第二窗片104之间进行密封。可以在间隔件106与每个窗片102和104之间提供粘合剂(通常被称为主密封件或主密封剂)。可以在间隔件106的外周长周围提供附加的密封材料(通常被称为二次密封件或二次密封剂)。第二窗片104在其上可以具有或不具有一个或多个薄膜涂层。例如，如本文在某些实施方案中所描述，窗片104在其上可以具有透明PV器件涂层。IGU100具有与周围环境隔离的内部区域，所述内部区域由窗片102、窗片104和间隔件106的内表面限定。通常，内部区域填充有惰性气体，但是在某些实施方案中，在内部区域中提供真空(因此，真空玻璃单元或“VGU”也是预期的)。
“窗户组件”包括IGU和/或层压结构(下文进一步论述)，并且可以包括电引线，所述电引线用于将窗户组件的一个或多个EC器件连接到电压源、开关等等；以及支撑IGU或层压结构的框架和相关布线(如果有的话)。
如本文所使用，术语外侧意指更靠近外部环境，而术语内侧意指更靠近建筑物的内部，即，这些术语描述两个部件，例如膜涂层或玻璃窗格彼此之间的相对关系。例如，在具有两个窗格的IGU的情况下，定位成更靠近外部环境的窗格被称为外侧窗格或外窗格，而定位成更靠近建筑物的内部的窗格被称为内侧窗格或内窗格。IGU的不同表面可以被称为S1、S2、S3以及S4(假定是双层窗格IGU)。S1指代外侧窗片的面向外部的表面(即，可以由站在外部的某人物理触摸的表面)。S2指代外侧窗片的面向内部的表面。S3指代内侧窗片的面向外部的表面。S4指代内侧窗片的面向内部的表面(即，可以由站在建筑物内的某人物理触摸的表面)。换言之，表面被标记为S1-S4，开始于IGU的最外侧表面且向内计数。在IGU包括三个窗格的情况下，这一趋势同样适用(其中S6是可以由站在建筑物内的某人物理触摸的表面)。
图1B中展示了窗片102的示意性截面。窗片102在这个实例中为玻璃(尽管塑料就足够了)的透明衬底上包括电致变色器件涂层105。电致变色器件涂层105包括导电层(CL)104、电致变色层(EC)106(有时被称为阴极变色层或阴极着色层)、离子导电层或区域(IC)108、对电极层(CE)110(有时被称为阳极变色层或阳极着色层或离子存储层)以及导电层(CL)114。元件104、106、108、110和114被统称为电致变色堆叠或电致变色器件涂层105。可操作来将电势施加在整个电致变色堆叠105上的电压源116实现了电致变色器件涂层从例如清晰状态到着色状态的转变。在其他实施方案中，层的次序相对于衬底而言是反向的。也就是说，所述层呈以下次序：衬底、导电层、对电极层、离子导电层、电致变色层、导电层。
在各种实施方案中，离子导体区域108可以由EC层106的一部分和/或CE层110的一部分形成。在这类实施方案中，电致变色器件涂层105可以被沉积为包括与阳极变色型对电极材料(CE层)直接物理接触的阴极变色型电致变色材料(EC层)。然后可以形成离子导体区域108(有时被称为界面区域，或离子导电的基本上电子绝缘的层或区域)，其中EC层106和CE层110例如经由加热和/或其他处理步骤相遇。在一些实施方案中，器件并不像所沉积的那样含有离子导体区域。在名称为“ELECTROCHROMIC DEVICES”的美国专利号8,764,950中进一步描述了这类器件，所述专利以引用的方式整体并入本文。
在各种实施方案中，图1B所示的层中的一个或多个可以被沉积为包括两个或更多个子层。在一个实例中，EC层106和/或CE层110可以被沉积为包括两个或更多个子层。给定层内的子层可以具有不同的组成和/或形态。子层可以被包括来促进离子导电区域108的形成和/或调整电致变色器件涂层105的各种性质。在以下各项中进一步描述了这类器件：上文以引用的方式并入的美国专利号8,764,950；以及于2016年7月7日提交且名称为“COUNTER ELECTRODE FOR ELECTROCHROMIC DEVICES”的美国专利申请号15/204,868，所述专利申请以引用的方式整体并入本文。
另外，电致变色器件涂层可以包括图1B中未示出的一个或多个附加层。这类层可以改进光学性能、耐久性、气密性等等。可以使用的附加层的实例包括但不限于：抗反射层、缺陷减轻绝缘层(其可以被提供在图1B所示的任何层内或其间)和/或顶盖层。本文公开的技术可适用于各种各样的电致变色器件设计。在名称为“DEFECT-MITIGATION LAYERS INELECTROCHROMIC DEVICES”的美国专利号9,007,674中进一步描述了一些这样的器件，所述专利以引用的方式整体并入本文。
在正常操作中，电致变色器件在至少两个光学状态，诸如清晰状态与着色状态之间可逆地循环。在清晰状态下，电势被施加到电致变色堆叠105，使得堆叠中能够使电致变色材料106处于着色状态的可用离子主要驻留在对电极110中。当电致变色堆叠上的电势反转时，离子传输穿过离子导电层108到达电致变色材料106并且使材料进入着色状态。
应理解，对清晰状态与着色状态之间的转变的提及是非限制性的并且仅表示可以实施的电致变色转变的许多实例当中的一个实例。除非本文另外指明，否则无论何时提及清晰-着色转变，对应的器件或工艺都涵盖其他光学状态转变，诸如非反射性-反射性、透明-模糊等。另外，术语“清晰”和“漂白”指代光学中性状态，例如，未着色、透明或半透明。仍然另外，除非本文另外指明，否则电致变色转变的“上色”或“着色”不限于任何特定波长或波长范围。如本领域技术人员所理解，适当的电致变色材料和对电极材料的选择决定了相关光学转变。
在某些实施方案中，构成电致变色堆叠105的所有材料都是无机的、固体的(即，呈固态)或无机和固体两者兼有。与往往会随时间降解的有机材料相反，无机材料提供了能够在一段较长时间内起作用的可靠的电致变色堆叠的优点。呈固态的材料还提供了不会具有往往与呈液态的材料相关联的封堵和泄漏问题的优点。下文将详细论述电致变色器件涂层中的层中的每一个。应理解，堆叠中的层中的任一个或多个可以含有一定量的有机材料，但是在许多实现方式中，层中的一个或多个含有很少乃至不含有机物质。这同样可以适用于液体，所述液体可以少量地存在于一个或多个层中。还应理解，可以沉积或另外通过采用液体组分的工艺，诸如采用溶胶-凝胶的某些工艺或化学气相沉积来形成固态材料。
在许多实施方案中，电致变色器件涂层可以如本文所述与光伏器件涂层一起提供在窗户上。尽管本说明书涉及电致变色窗户，但是它并不限于此，即其他吸收或反射器件涂层也将与透明光伏电池一起工作。
常规光电-电致变色窗户
为了驱动电致变色窗户上的光学转变，必须提供电源。在许多常规电致变色窗户中，可以经由有线连接从电网提供这种电力。在某些有限的情况下，光伏器件已被结合到电致变色器件中。
例如，电致变色和光伏功能的组合(此后为“PV-EC”系统)可以被采用在一个系统中，所述系统整体上是无源的，即当太阳照射时，由PV系统产生的电力用于为EC系统的转变供电。PV-EC系统可以采用各种方法。
在一种方法中，透明PV涂层与EC涂层以串联方式组合。这种PV-EC系统通常会存在许多问题，主要归因于与常规PV涂层相关联的问题。首先，诸如硅基PV的常规PV器件涂层是不透明的。因此，当与EC窗户结合时，不透明的PV涂层会阻止占用者透过窗户进行观察。
在另一个实例中，常规的“透明”PV技术并非真正透明；当常规的“透明”PV涂层定位在太阳和EC涂层之间(其为典型的常规配置)时，存在雾度和相关联的透光损失。在EC涂层的清晰状态下的透射率因多层构造的反射和PV涂层的吸收而降低。作为一个实例，染料敏化的PV涂层(例如，染料敏化的TiO2)由于系统的染料组分而具有相关联的吸收。当EC涂层定位在太阳与PV涂层之间时这种类型的系统可能出现的另一个问题是：当EC涂层着色时，PV失去电力(例如，因为较少的光到达PV涂层)，所以所述系统只能以自我限制的方式进行操作。
另外，常规的透明PV技术并不可靠。通常，例如与无机陶瓷型涂层相比较，透明的PV涂层在太阳辐射和高温的苛刻条件下以相对快速的方式降解。此外，虽然许多EC系统需要相对较少的电力，但是常规的透明PV技术根本无法产生适合于大多数EC器件需求的足够的电力。
另外，将EC和PV器件涂层整合到IGU中会使这种方法变复杂。可能存在与PV和EC涂层的材料相关的兼容性问题和整合问题。例如，常规的PV涂层通常依赖于刚性硅基不透明体系或精密的有机基材料。介于EC与PV技术之间的相互兼容性问题可能会被克服，但是有效整合和布线问题仍然很麻烦和/或复杂。简而言之，常规的串联PV-EC设计利用常规材料构造和工程化起来过于复杂且/或不是美观宜人的，并且因此市场采用是被禁止的。
一些方法将常规的、更完善的、可靠而又坚固的不透明PV电池放置在EC涂层附近，或者安设在否则将为EC窗户的可见区域内。在这种方法中，PV电池放置在窗框中，靠近所述窗框或者与EC器件共享相同的空间，从而遮挡可见区域的一部分。这种遮挡会导致较弱的太阳控制并且给观察者带来较差的美感。较小的PV电池可以用于降低PV电池的负面视觉影响，但是这种方法也降低了所产生的电量，所述电量可能不足以为EC器件转变供电。此外，前述整合问题仍然存在，还有一些额外的问题，包括重新处理或设计新的框架系统，由于较差的美感所致的客户排斥等等。
先进的光电-电致变色窗户
在本文的各种实施方案中，提供了先进的光伏-电致变色窗户。在许多情况下，光伏器件涂层可以在电致变色IGU或层压件上提供在与电致变色器件涂层相同的表面或窗片上，或者提供在不同的表面或窗片上。光伏器件涂层可以是透明PV膜，并且可以是或不是波长选择性的。在这些或其他情况下，PV膜可以包括具有钙钛矿结构的透明材料。在某些实施方案中，透明PV膜具有高清晰度(低雾度，例如小于1％雾度)和高(可见波长)透射率，例如高于50％T、高于60％T、高于70％T、高于80％T、高于90％T或在一些实施方案中高于95％T。光伏器件可以替换额外的电源，诸如接至电网的有线连接，可再充电电池等或对其进行补充。有线连接的替换在一些情况下，例如在电致变色窗户位于难以触及的位置，诸如天窗或可能很难敷设导线的其他位置的情况下可能是优选的。用PV连接对有线连接进行补充在其他情况下可能是优选的。
窗户还可以通过利用窗户处可获得的太阳能、热能和/或机械能来生成电力以为控制器/窗户供电。在一个实例中，窗户可以包括光伏(PV)电池/面板。PV面板可以定位在窗户上的任何位置处，只要它能够吸收太阳能即可。例如，PV面板、电池或膜可以完全或部分定位在窗户的可见区域中，和/或完全或部分定位在窗户的框架之中/之上。在PV膜定位在可见区域中的情况下，PV膜可以覆盖可见区域的一部分或整个可见区域。PV面板可以是控制器自身的一部分。在PV面板不是控制器的一部分的情况下，可以在PV面板与控制器之间提供布线或另一种电连接。
在一些实施方案中，透明PV膜连同EC膜一起配置在IGU或层压件内。PV膜和EC膜可以处于IGU的相同衬底上或处于不同衬底上。如果处于相同衬底上，则EC膜和PV膜可以彼此直接或不直接接触。在某些实施方案中，来自PV膜和EC膜的导体的布线从IGU内部传递到IGU的外表面，例如，越过IGU的一个或多个边缘或穿过IGU的窗格中的一个或多个中的一个或多个孔隙。一般而言，尽管PV和EC器件的布线开始于IGU内部并且结束于IGU外部，但是在IGU内并不存在控制电路。在这类实施方案中，这极大地简化了IGU构造并且为最终用户提供了对控制器的容易的触及，因为控制器处于IGU之外。在一些情况下，控制器是模块化的并且可以固定在IGU或层压件上，例如固定在IGU或层压件的内侧窗格上，其中最终用户可容易触及控制器。控制器可以具有可替换的电池储存器，并且控制器自身可能可对接于玻璃表面，例如具有固定到玻璃的对接座/基座的盒式控制器。控制器可以插入到对接座中，并且因此是模块化的，并且如果需要，则可以用新控制器(例如，与先前的控制器相同的替换控制器，或升级控制器)进行替换。在这种配置中，可容易地触及控制器来进行维护/升级。控制器可以根据具体应用的需要对接到或不对接到对接座中。
在一些实施方案中，PV电池被实施为涂覆窗格的一个或多个表面的薄膜。在各种实施方案中，窗户包括两个单独的窗格(例如像在IGU中那样)，每个窗格具有两个表面(未将边缘计数在内)。参考图2A，典型的电致变色IGU,200具有两个玻璃窗格(未示出间隔件)。从建筑物的外部向内计数，第一表面(即，外窗格的面向外部的表面)可以被称为表面1或“S1”；下一个表面(即，外窗格的面向内部的表面)可以被称为表面2或“S2”；下一个表面(即，内窗格的面向外部的表面)可以被称为表面3或“S3”，并且剩余的表面(即，内窗格的面向内部的表面)可以被称为表面4或“S4”。在本说明书中，暴露于建筑物的外部的窗格是“外窗格”或“外侧窗格”，并且暴露于建筑物的内部的窗格是“内窗格”或“内侧窗格”。在三层窗格IGU中，介于外窗格与内窗格之间的窗格被称为“中间窗格”。在图2A的实例中，电致变色涂层105处于S2上。这种配置是典型的，并且允许例如吸收性EC涂层将热量保持在建筑物的内部之外并且通过IGU所特有的介于内窗格与外窗格之间的惰性气体填充而使热量与玻璃的内窗格隔离。
PV薄膜(或其他PV电池)可以单独或连同EC膜一起实施在S1-S4中的任一个或多个上。窗格可以是玻璃或塑料，例如聚碳酸酯等等。在玻璃的情况下，窗格可以独立地是退火玻璃、热处理玻璃、化学强化玻璃或钢化玻璃。玻璃窗格可以是厚度介于0.3mm与25mm之间的厚玻璃或薄玻璃。“厚”玻璃的厚度通常介于约3mm与约10mm之间，而“薄”玻璃的厚度通常介于约0.3mm与约2mm之间。薄玻璃往往是经过退火或化学强化的，因为它太薄而不能回火。厚玻璃可能是经过退火的、化学强化的或回火的。
参考图2B，示出了三层窗格电致变色IGU,210。在三层窗格IGU中，表面5和6分别被称为“S5”和“S6”。在这个实例中，电致变色涂层105处于S2上，但是例如也可以处于S3、S4或S5上，以保护所述涂层处在IGU的气密密封环境内。光伏或EC膜可以涂覆到外表面或内表面(双层窗格IGU的S1和S4，或三层窗格IGU的S1和S6)上，并且如果是这样的话，则可以包括保护膜(例如，气密密封和防潮膜)和/或层压有覆盖窗格来保护所述光伏或EC膜。下文还预期并更详细地论述了独立层压构造。
通常，在预期结合EC窗户来使用PV电池或膜的情况下，相对于PV膜朝向建筑物内部定位EC堆叠(EC膜处于PV膜的“内侧”)，使得在EC堆叠处于着色状态时，所述EC堆叠不会减少由PV电池聚集的能量。因此，PV电池可以实施在S1，即外窗格的面向外部的表面上。然而，某些敏感的PV电池无法暴露于外部环境条件，并且因此无法可靠地实施在表面1上。例如，PV电池可能会对氧气和湿气敏感。其他设计将PV膜置于EC膜的内侧，并且利用系统的自我限制性质，即EC膜着色调节太阳能照射内侧PV膜的程度。这类设计可能是期望的，例如，因此EC膜的能量吸收性质保护PV膜免于随时间而降解。
某些透明光伏电池可能会对自身赋予某种颜色。在某些实施方案中，具有特定颜色的上色的PV器件涂层用于抵消电致变色器件涂层的不想要的颜色。在一个实例中，蓝色PV膜用于抵消IGU和/或层压结构中的EC膜的不想要的黄色。PV膜可以被调整为特定颜色以抵消EC器件涂层的不想要的颜色、透射和/或反射颜色。
在某些实施方案中，PV膜施加到IGU或其他多窗片窗户组件中的窗户表面之一。在各种情况下，PV膜可以是透明的或基本上透明的。合适的PV膜的实例可获自加利福尼亚州圣巴巴拉市的Next Energy Technologies公司。所述膜可以是有机半导体油墨，并且在一些情况下可以印刷/涂覆在表面上。
合适的PV膜的另一个实例是由马萨诸塞州剑桥的Ubiquitous Energy公司制造且如U.S.2015/0255651中所描述的波长选择性PV膜。这类PV膜选择性地吸收太阳光谱的UV和IR波长以转换成电能，同时允许可见频带从中通过。与EC器件涂层相结合，这些透明PV膜提供出色的协同作用。所述PV膜不仅(经由板上储存器，例如可再充电电池直接或间接地)产生足以驱动EC器件的电力，而且当处于EC膜的外侧时，它们保护EC膜免受UV和IR辐射。如此安设，即处于光谱选择性PV膜的内侧的EC膜可能不会吸收像其他情况那样多的能量，并且因此可能不会变得像其他情况那样热。另外，如果EC膜处于PV膜的外侧，则EC膜可以保护PV膜免于随时间而降解。某些实施方案具有替代布置，其中PV膜处于EC膜的内侧，并且因此利用与所述配置相关的协同作用。
在一些实施方案中，PV膜可以包括具有钙钛矿结构的一种或多种材料。这类材料可以被称为钙钛矿基材料。钙钛矿基材料在许多情况下可以是透明的，并且如上所述可以展现出一定透射等级(％T)。透明的钙钛矿基材料特别有希望与EC膜一起使用。合适的钙钛矿光伏器件涂层由英国牛津的Oxford Photovoltaics有限公司制造。
钙钛矿基材料的化学通式是ABX3，其中A和B是大小显著不同的两个阳离子(A阳离子远远大于B阳离子)，并且X是结合到两者的阴离子。图15示出了理想的立方对称结构，其中呈6重配位的B阳离子被阴离子的八面体包围，并且A阳离子呈12重立方八面体配位。然而，在各种钙钛矿基材料中，结构可以具有低对称性(例如，斜方晶系、正方晶系或三角晶系)，并且A阳离子、B阳离子或两者的配位数可能会降低。某些钙钛矿基材料可以是呈A(B’xB”y)X3的形式，其中B’和B”是具有不同氧化态的不同元素，并且x+y＝1。通常，X可以是氧(例如，形成氧化物钙钛矿)、或氯、溴或碘(例如，形成卤化物钙钛矿)。下文列出了特定示例材料。
各种ABX3钙钛矿基材料展现出强光吸收、高质量的电荷移动特征(例如，弱激子结合能、约100nm至约1μm的电子和空穴扩散长度)和相对较低的制造成本，从而使得这些材料有希望结合PV-EC窗户一起使用。
图16展示了钙钛矿基光伏器件涂层的示例结构。太阳能电池包括衬底(例如，玻璃、塑料等)、阳极层(例如，氟化氧化锡(FTO)、氧化铟锡(ITO)等等)、氧化钛层(例如，致密的TiO2层)、薄膜型钙钛矿基材料层(例如，使用本文描述的钙钛矿基材料中的任一种或多种或可商购的材料)、空穴传输材料层以及阴极层(例如，金、银、透明导电氧化物(TCO)、ITO、类似于ITO-Ag-ITO(所谓的“IMI”导体)的夹层材料等)。在某些实施方案中还可以使用图16所示的结构的替代材料和/或变种。
可以用在某些实施方案中的示例钙钛矿基材料包括但不限于：有机三卤金属，所述有机三卤金属例如具有式(R)3N-M(X)3，其中每个R独立地选自由H和(C1-C6)烷基组成的组，任选地被一个或多个相同或不同的R8基团取代；M是铅或锡；每个X独立地是卤素；R8选自由以下组成的组：Ra、Rb、被一个或多个相同或不同的Ra或Rb取代的Ra、-ORa、-SRa以及-N(Ra)2；每个Ra独立地选自由氢、(C1-C6)烷基和(C1-C6)芳基组成的组；并且(i)每个Rb独立地选自由以下组成的组：-NRaRa、卤素、-CF3、-CN、-C(O)Ra、-C(O)ORa以及-C(O)NRaRa；或者(ii)Rb中的两个组合来形成＝O或＝N-Ra。有机三卤金属的实例包括：(NH3)MX3、(CH3NH2)MX3、(CH3)2N(H)MX3、H(C＝O)N(H)MX3、HN＝CN(H2)MX3、X-(CH2)3MX3等等，其中M是Pb或Sn，并且每个X独立地是F、Cl、Br或I。
为了解决一些PV膜的空气和水敏感性，可以将膜定位在IGU内部，例如定位在双层窗格IGU的S2或S3，或三层窗格IGU中的S2-S5中的任一个(或多个)上，这有助于保护所述膜免于氧气和湿气暴露。在一些情况下，电致变色器件涂层定位在S3上，并且PV薄膜定位在S2上。在另一个实例中，电致变色器件涂层处于S2上并且PV膜定位在S3上。在另一个实例中，PV膜或其他PV电池可以被实施在超过一个表面，例如S1和S2(与EC器件一起被实施在例如S2和/或S3)上。在某些实施方案中，存在超过一个EC膜和一个或多个PV膜。例如，双层窗格IGU的每个窗格可以具有其自身相关联的EC膜，例如像在名称为“Multi-paneElectrochromic Windows”的美国专利号8,270,059中描述的一样，所述专利以引用的方式整体并入本文。这类窗户可以被修改成包括至少一个透明PV膜。如在前述美国专利中所描述的电致变色器件涂层可以薄于常规EC器件涂层，并且因此可以具有较高的漂白状态透射。例如，参考图1B，电致变色层106可以介于约50nm至约2,000nm厚之间，或约200nm至约700nm厚，或介于约300nm至约500nm厚之间。离子导体层或区域108可以介于约5nm至约100nm厚之间，或约10nm至约60nm厚，或约15nm至约40nm厚，或约25nm至约30nm厚。对电极层110可以介于约50至约650nm厚之间，或约100nm至约400nm厚，或约200nm至约300nm厚。导电层104和114可以介于约5nm至约10,000nm厚之间，或约10nm至约1,000nm厚，或约10nm至约500nm厚，或约100nm至约400nm厚。在特定实例中，电致变色层106、离子导体层或区域108和对电极层110具有介于约100nm至约1200nm之间的组合厚度。
在各种实施方案中，这类EC膜的最暗着色状态可能仅为约10％T或更高。通过具有两个EC，每个膜的着色需求可能因其吸收性质成倍增强而降低。具有10％T的着色状态的两个EC膜在组合时具有1％T的有效％T。具有降低的着色需求可以减小对切换器件的电力需求，并且因此PV涂层的电力产生需求也会降低。一个实施方案是如在美国专利号8,270,059中所描述的与透明PV器件涂层组合的多层窗格EC窗户。例如，双层或三层窗格IGU包括两个EC器件涂层，一个EC器件涂层处于两个单独窗片的一个窗片上；以及至少一个PV器件涂层。例如，三层窗格IGU在S2上具有EC器件涂层，在S3上具有PV器件涂层，并且在S4或S5中的任一者上具有另一个EC器件涂层。
在所描述的实施方案中，太阳能可以被利用来为窗户供电。在一些情况下，PV电池与一个或多个其他能量储存器，诸如电池、燃料电池、电容器(包括超级电容器)等一起结合使用。在电致变色器件处于清晰、或相对清晰的状态时，这些能量储存器可以被配置成储存由PV电池产生的能量。窗户控制器可以支配这种行为。在某些实施方案中，在电致变色器件涂层着色，或反之亦然时，控制器还将引导能量储存电池来放电，例如以驱动窗户漂白转变。当PV电池驻留在电致变色器件之内的位置，即驻留在EC器件的内侧时，这种行为是特别合适的。在这类实施方案中，控制器可以具有超控功能，以在电池电量不足的情况下使EC器件变清晰，例如，即使当前用户命令指示对EC膜着色，控制器也可以超控这项功能来再充电或保存电池电量。一般而言，窗户控制器控制EC膜以及PV膜向EC膜和/或电池的电力递送两者。如果PV膜处于EC膜的内侧，则EC膜的着色状态可能会限制PV膜产生电力的能力，但是在板上储存器的情况下，就可以解决这个问题。
在某些实施方案中，PV膜产生足以为EC膜供电的电容和附加的过量电力。这个附加电力可以用于为EC控制器供电，也就是说，在某些实施方案中，EC/PV窗户是完全自给的；为了对通信供电或控制通信，不需要将外部来源的导线连接到窗户。使用无线通信，并且PV膜单独或与板上储存器或(例如，控制器中或与控制器分开的)其他储存器一起供应足够的电力来操作EC窗户的功能。
为了简单起见，以下描述集中于PV膜和EC膜相对于IGU的窗格的配置，而不是集中于附属布线、电池、控制器、间隔件、密封件或其他部件。应理解，控制器可以包括如在美国临时专利申请号62/085,179和美国专利申请号14/951,140中所描述的板上控制器，所述专利申请各自在上文已以引用的方式并入。在图14A-14C中示出，在下文进一步描述了展示板上控制器的实例。另外，为了简单起见，以下的图的每个构造仅包括一个PV膜和一个EC膜；然而，任一个配置可以包括PV膜和/或EC膜中的每一者的两个或更多个。
参考图3，示出了PV-EC IGU,215。在这个实施方案中，PV膜107例如如上所述处于IGU的S1上，并且EC膜105处于S2上。因此，PV膜107处于EC膜105的外侧。PV膜107可以具有保护和/或强化涂层(未示出)以防止湿气、UV、冲击或其他外力使其降解。保护涂层可以是有机或无机的，例如层压到PV膜107的喷涂涂层或防护玻璃。如果PV膜107是UV敏感的，则UV吸收功能可以结合到保护涂层中。如果PV膜107将UV辐射转换为电能，则在保护膜中不需要UV吸收功能。保护膜可以是薄玻璃，例如或玻璃(纽约州康宁的Corning公司)，所述薄玻璃被层压到PV膜107。在一个实施方案中，PV膜107还用作将薄玻璃固持到外窗格的粘合剂。在美国专利号8,164,818中描述了将加强窗格添加到预制EC IGU，所述专利以引用的方式整体并入本文。构造215的一个益处是所述构造可以例如通过从预先存在的EC IGU开始并如所描述地施加PV涂层107和任何保护涂层来制作。例如，将PV器件涂层施加到薄的退火玻璃，诸如康宁玻璃，之后处理涂覆PV器件的玻璃，切割成合适的尺寸并且将其施加到现有的EC IGU。这使得不用中断当前的EC IGU工艺流程，而是可以通过添加工艺来将现有的EC IGU转换为PV-EC IGU。因此，EC IGU的现有库存可以转供PV-EC使用，并且可提供装配生产线的灵活性，例如EC IGU生产线的末端可以具有分叉部，其中IGU直接转入库存和/或包装以供货运或者流动到PV涂层生产线以供后续处理。在这个实施方案中，PV涂层到控制器的某些电连接可以例如预先施加到IGU的S4，例如，预先施加到EC器件到控制器的连接附近。如果且当预先存在的IGU被转换为PV-EC IGU时，这可以节省时间和金钱。
在一个实例中，S1(或本文描述的实施方案中的其他表面)上的PV膜提供在柔性透明衬底上，其中PV膜预先施加到所述柔性透明衬底上，其中柔性透明衬底附接到S1(或其他表面)。这类柔性衬底还可以包括用于“剥离和粘贴”应用的粘合涂层。在其他实施方案中，可以使用常规层压技术来将具有PV膜的柔性衬底粘合到表面，例如可以使用IGU层压机/工艺来将柔性PV构造施加到IGU或在制作IGU之前将其施加到IGU的窗格。在某些实施方案中，EC膜也由柔性透明衬底支撑，并且粘合地施加到预先施加了PV膜的IGU的窗格和/或柔性透明衬底。本文描述的各种实施方案举例说明了这类方法。使用薄的柔性衬底的一个优点是可以使用辊对辊处理，这实现了高产量和高效制作。
参考图4，展示了PV-EC IGU 220。在这个实例中，PV膜107连同EC膜105一起处于S2上。在这个实例中，所述涂层可以按一个叠在另一个顶上的方式施加，这取决于所使用的材料及其各自对以此方式制作所述涂层所需的工艺条件的兼容性。在这个实例中，PV膜107处于EC膜105的外侧。在另一个未示出的实施方案中，交换了两个膜的位置，即它们都处于S2上，但是EC膜处于PV膜的外侧。在一个这样的实例中，EC膜是全固态无机EC膜，并且PV膜在EC膜形成在衬底上之后施加到EC膜。以此方式，PV膜不会经受往往与形成全无机EC膜相关联的苛刻处理条件，例如加热到300℃至400℃以上。由于PV膜处于EC膜的内侧，因此当EC膜着色时，所述EC膜会阻断PV膜使用来产生电力的一些或全部能量。这是可接受的，因为例如在诸如可再充电电池的板上储存器的情况下，在EC膜处于较亮着色状态或为清晰的时，PV膜可以产生电力，并且所述电力可以被节省来例如在PV膜因EC器件着色而无法产生足以使EC器件转变的电力时使用。取决于哪个膜接近玻璃表面，可以在膜之间和/或在膜的任一者与玻璃的S2之间施加粘合层。
参考图5A，示出了PV-EC IGU,225。在这个实施方案中，PV膜107处于S2上，并且EC膜105处于S3上，即PV膜处于EC膜的外侧。这种配置具有以下优点：每个膜可以在不同衬底上单独处理，并且两个衬底随后连接来形成IGU。因此，如果两个膜具有非常不同的处理条件，则这种配置很容易适应这种情况。使膜存在于IGU的气密密封内部之内能保护所述膜免受环境影响并且避免对任何保护膜的需求，但是也可以使用这类膜并且它们可以采用例如PV膜和EC膜中的一个或两者上的抗反射层的形式。
参考图5B，示出了PV-EC IGU,227。在这个实施方案中，PV膜107处于S3上，并且EC膜105处于S2上，即PV膜处于EC膜的内侧。这种配置也具有以下优点：每个膜可以在不同衬底上单独处理，并且两个衬底随后连接来形成IGU。因此，如果两个膜具有非常不同的处理条件，则这种配置很容易适应这种情况。使膜存在于IGU的气密密封内部之内能保护所述膜免受环境影响并且避免对任何保护膜的需求，但是也可以使用这类膜并且它们可以采用例如PV膜和EC膜中的一个或两者上的抗反射层的形式。如上所述，由于PV膜处于EC膜的内侧，因此当EC膜着色时，所述EC膜会阻断PV膜使用来产生电力的一些或全部能量。这是可接受的，因为例如在诸如可再充电电池的板上储存器的情况下，在EC膜处于较亮着色状态或为清晰的时，PV膜可以产生电力，并且所述电力可以被节省来例如在PV膜因EC器件着色而无法产生足以使EC器件转变的电力时使用。在一个这样的实例中，EC膜是全固态无机EC膜，并且PV膜是有机基膜，例如透明的，在另一个实例中，PV膜是光谱选择性和透明的。由于膜处于分开的窗格上，所以PV膜不会经受往往与形成全无机EC膜相关联的苛刻处理条件，例如加热到300℃至400℃以上。IGU 227的配置的另一个优点是EC膜105处于S2上，并且因此当其吸收太阳能并且外窗格变热时，由于IGU的内部体积的中介惰性气体填充(或真空)，这种热量会被保持在建筑物的内部之外。
参考图6，示出了PV-EC IGU,230。在这个实施方案中，PV膜107处于S2上，并且EC膜105也处于S2上，处于PV膜107的内侧。在这种配置中，在PV膜107与EC膜105之间存在薄玻璃膜109，诸如上文描述的薄玻璃。在PV膜107与薄玻璃109之间可能存在层压粘合剂(未示出)。例如，可以在外窗格的S2上制作PV膜107。单独地，在薄玻璃109上制作EC膜105。然后，通过其间的粘合剂将薄玻璃109上的EC膜105固定到PV膜107(例如，EC膜105加上薄玻璃109是“剥离和粘结”构造或将粘合剂施加到PV膜和/或薄玻璃109并且将它们层压在一起)。这个配置和制作过程具有例如IGU 225或227的优点，其中膜在分开的窗格上接受处理，而且具有另一优点：PV膜107和EC膜105两者驻留在最终构造的S2上。在这个实施方案中，存在若干优点，包括：1)PV膜处于EC膜的外侧(参见以上优点)，2)每个膜在分开的衬底上接受处理，3)两个膜被保护在IGU的气密密封内部中，4)由EC涂层吸收的热量通过IGU内部体积的惰性气体填充(或真空)而与建筑物内部隔离，5)介于膜之间或接至共电式电池和/或控制器电路的电连接不必从内窗格的S3延伸到外窗格的S2，6)可以不管与外窗格相关联的性质或限制来进行对内窗格的选择，7)用于将薄玻璃109层压到PV膜107的任何粘合剂可以如在先前的实施方案中所描述被定制为突出最终构造的光学性质，例如颜色，或者用作附加的UV滤波器以保护EC膜105和8)，PV膜107也可以起到层压粘合剂的作用。
再次参考图6，在替代实施方案(未示出)中，可以颠倒EC膜105和薄玻璃109的位置。也就是说，EC膜105可以面向PV膜107(像在图4中一样，也参见图11)，并且层压粘合剂(或充当粘合剂的PV膜107)可以夹在PV膜107与EC膜105之间。在这个实例中，薄玻璃109面向IGU的内部体积。在类似于IGU 230的替代实施方案(未示出)中，可以颠倒EC膜105和PV膜107的位置。也就是说，PV膜107和EC膜105都处于S2上，其中EC膜105处于PV膜107的外侧。在这个实例中，EC膜105接触S2和包括PV膜107的薄玻璃109。在另一个类似实施方案中，EC膜105提供在表面S2上，并且也与PV膜107接触，其中薄玻璃109面向IGU的内部体积，其中根据具体应用的需要来提供粘合剂。
图7展示了为三层窗格构造的PV-EC IGU,235。绝缘玻璃单元235非常类似于相对于图5A描述的IGU 225，但是IGU 235具有额外的窗格。在这个实例中，外窗格将PV膜107支承在S2上，中间窗格将EC膜105支承在S3上，并且存在内窗格。这个实施方案例如优于图5A的IGU 225的一个优点是建筑物的内部不再暴露于具有EC膜105的窗格上的热负荷，因为存在附加窗格、内窗格和介于内窗格与中间窗格之间的惰性气体(或真空)体积。这个实施方案还享有的优点是可以在分开的窗格上制作和处理PV膜107和EC膜105，并且之后将所述膜制成IGU。在替代实施方案中，PV膜107处于S3上并且EC膜105处于S2上。
图8展示了为三层窗格构造的PV-EC IGU,240。绝缘玻璃单元240非常类似于相对于图7描述的IGU 235，但是IGU 240在S4上具有EC膜105。这个实施方案优于IGU 235在于另一优点：例如所述绝缘玻璃单元可以通过添加支承PV膜107的外窗格而由预先存在的ECIGU构造。在替代实施方案中，PV膜107处于S4上并且EC膜105处于S2上。这个实施方案也可以由预先存在的EC IGU通过以下方式制作：将PV膜107添加到EC IGU的S4，并之后提供内窗格来形成三层窗格IGU构造。
图9展示了为三层窗格构造的PV-EC IGU,245。绝缘玻璃单元245在S2上具有PV膜107并且在S5上具有EC膜105。这个实施方案享有PV膜107和EC膜105的单独处理的优点，并且也可以通过添加支承PV膜107的外窗格而由预先存在的EC IGU构造。在替代实施方案中，PV膜107处于S5上并且EC膜105处于S2上。这个实施方案还可以通过添加支承PV膜107的内窗格而由预先存在的EC IGU来制作。
图10展示了为三层窗格IGU的PV-EC IGU,250。在这个实施方案中，外窗格和内窗格都不具有PV膜或EC膜，而是中间窗格支承两个膜。外窗格和内窗格可以包括其他涂层，诸如AR涂层、自清洁涂层(诸如TiO2)以及如窗户行业中已知的类似涂层。在这个实施方案中，中间窗格具有PV膜107和EC膜105两者。在所示的特定实施方案中，中间窗格是薄玻璃109，但这不是必须的，它可以可选地是较厚的玻璃。在所示的实施方案中，PV膜和EC膜中的每一个处于中间窗格的相对侧上；PV膜107处于S3上并且EC膜105处于S4上。在所示的特定实施方案中，PV膜107处于EC膜105的外侧，但是可以颠倒这种布置。而且，EC膜和PV膜可以处于中间窗格的相同侧上，其中PV膜107处于EC膜105的内侧或外侧。图10中所示的实施方案具有以下优点：PV膜107和EC膜105两者(类似于上文描述的其他实施方案中的一些)均受到单独的气密密封的惰性气体体积的保护。此外，可以不管中间窗格的性质或限制而进行对外窗格和内窗格的选择。而且，在所示的实施方案中，在同一个窗格的相对侧上制作PV膜107和EC膜105。因此，例如，可以首先在中间窗格上制作无机全固态EC膜105，之后在另一侧上制作PV膜107。因此，PV膜107可以避开通常用于制作EC膜的前述苛刻条件。特别是在使用薄玻璃109时，另一个优点是中间窗格可以例如通过在中间窗格的任一侧上夹持两个间隔件或使用具有类似夹持功能的间隔件而悬挂在外窗格与内窗格之间。在一个实施方案中，中间窗格悬挂在基本上为常规双层窗格IGU的物件内，从而将IGU所经受的应力与其间悬挂的中间窗格分离开来。例如，中间窗格可以粘合地施加到塑料膜，所述塑料膜像三层窗格IGU的中间窗格那样夹持在两个间隔件之间，其中中间窗格的面积小于间隔件的内周边。因此，中间窗格的中心例如位于塑料膜上，并且基本上与在其周围并对其进行保护的IGU所经受的应力隔离。在替代实施方案中，PV膜107处于S4上并且EC膜105处于S3上。这种构造具有以下优点：PV膜和EC膜都被保护免于环境的影响，并且它们各自具有其自身的保护性惰性气体体积。
图11展示了PV-EC层压件255。在这个实施方案中，PV膜107处于EC膜105的外侧，并且两个膜相邻(其中PV膜107还用作层压粘合剂)或者它们之间存在层压粘合剂(未示出)。薄玻璃109处于PV膜107和EC膜105的内侧。内侧窗格不需要是薄玻璃，它可以是厚玻璃。类似地，外侧窗格不需要是厚玻璃，它可以是薄玻璃。在所示的特定实施方案中，内侧窗格是薄玻璃，并且外侧窗格是厚玻璃。再次，如上文在某些实施方案中所描述，可以在分开的窗格上制作PV膜107和EC膜105，并且之后将所述膜层压在一起来形成层压件255。在另一个实施方案中，膜的次序可以相应地被交换，从内侧交换到外侧，反之亦然。在一个实施方案中，层压件255用作双层或三层窗格IGU的外侧窗格或内侧窗格。在另一个实施方案中，层压件255用作三层窗格IGU的中间窗格。
图12展示了PV-EC层压件260。在这个实施方案中，PV膜107处于EC膜105的外侧，并且两个膜由中间窗格，在这个实例中为薄玻璃109分开。内侧窗格和外侧窗格不需要是厚玻璃，它们可以独立地是薄或厚玻璃(图13示出了实施方案265，其中所有三个窗格都是薄玻璃109)。在图12的特定实施方案中，内侧窗格是厚玻璃，并且外侧窗格也是厚玻璃。再次，如上文在某些实施方案中所描述，可以在分开的窗格上制作PV膜107和EC膜105，并且之后将所述膜层压在一起来形成层压件260。在另一个实施方案中，膜的次序可以相应地被交换，从内侧交换到外侧，反之亦然。在一个实施方案中，层压件260用作双层或三层窗格IGU的外侧窗格或内侧窗格。在另一个实施方案中，层压件260用作三层窗格IGU的中间窗格。在一个实施方案中，层压件265用作双层或三层窗格IGU的外侧窗格或内侧窗格。在另一个实施方案中，层压件265用作三层窗格IGU的中间窗格。
如所提及，一个或多个电连接可以被提供来允许根据需要输送和储存由PV膜产生的能量。在一些情况下，由PV产生的能量可以直接输送到电致变色器件的汇流条。在各种其他情况下，由PV产生的能量例如如上所述可以输送到可再充电电池或其他形式的能量储存器。电池可以定位在IGU之上或之内的任何位置处。在许多情况下，电池可能定位在窗户控制器中。窗户控制器可以固定在相关联的IGU上或其附近，例如固定在双层窗格IGU的S4或三层窗格IGU的表面6上。
图14A和图14B展示了具有玻璃上控制器1000的IGU,227的实施方案。图5B中也以简化截面示出了IGU 227。截面X-X’示出了玻璃上控制器的一些细节。控制器1000具有主体1002(有时被称为载体)，所述主体在这个实例中含有电路板1005。控制器1000可以经由基座1008(有时被称为对接座)固定到例如IGU 227的S4，所述基座例如经由压敏粘合剂(未示出)或不同粘合剂或其他附接手段附接到内侧窗片的表面S4。主体1002以如本文所述的可翻转/可移除的方式与基座1008对接。电致变色器件涂层105可以例如越过IGU的主密封剂1010，并且越过间隔件1012与玻璃之间。在EC器件涂层105与电路板1005之间以及在PV器件涂层107与电路板1005之间分别经由电连接1013和1014以及在这个实例中诸如为一个或多个弹簧针型连接器1015的连接器建立电连接。可以输送由PV膜107产生的能量以使其最终到达提供在控制器1000中的能量储存器1017。电连接1013和1014可以越过二次密封剂1016和/或主密封剂1010(但是在这个实例中，它们仅越过二次密封剂1016)。在这个实例中，电连接1013和1014敷设在内侧窗片的边缘周围并且在它们之间具有绝缘材料，但是许多不同的电连接都是可用的，诸如使电连接延伸穿过内侧窗片中的一个或多个孔隙。虽然图14A和图14B各自都示出了S3上的PV膜和S4上的控制器，但是如本文所述并非总是这种情况。图14A-14C所示的电连接的类型可以被修改成将电力从位于IGU的任何表面上的PV膜输送到位于IGU上或其附近的任何位置的电池、超级电容器或其他能量储存部件。在一些替代实施方案中，PV膜107和EC膜105两者处于S2上(或者两者处于S3上)，在一些其他实施方案中，PV膜107处于S2上并且EC膜105处于S3上。例如相对于图3-13描述的那些的其他实施方案也可以利用本文描述的电连接，而无需过多实验。
印刷电路板(PCB)1005可以包括安装在其上的各种部件，包括EC器件和PV器件控制电路、电力储存器等等。附图中仅展示了几个实例来举例说明控制器的基本架构。在这个实例中，部件1017是能量储存器，诸如可再充电电池。电路板上的各种部件在一些情况下全部可以提供在电路板的单一侧上，而在其他情况下，部件可以提供在电路板的两侧上。任选地，内部光传感器1035可以从控制器1000的主体1002中的孔隙突出来(或经由所述孔隙进行测量)，从而使得内部光传感器1035能够测量其中安装有IGU 227的房间中的光的等级。类似地，任选的外部光传感器1030可以被提供用来测量来自外部环境的光的等级，例如以测量有多少光通过IGU 227。外部光传感器1030可以定位在由间隔件1012界定的周长之内，在一些情况下定位在IGU 227的可见区域内。基座1008中的孔隙可以被提供用来确保外部光传感器1030可以在外部光传感器固定在控制器1000中并如图所示面向外侧时测量外部光等级。
电连接1013和1014未按比例绘制，它们可以(单独或统一)提供为被图案化成具有导电线路(例如，铜墨、银墨等)的薄胶带、带状缆线、另一种类型的缆线、上面或其中被图案化成具有导电线路的夹片、导线、不同类型的电连接或其某一组合。图14C展示了对接在IGU227的S4上的控制器主体1002以及电连接1013和1014。在这个实例中，示出了这些连接中的各自两个连接，但是可以存在更多这样的连接。在这个实例中，电连接1013从控制器主体1002下方(例如，从如图14B所示的基座1008下方)在S4上发出，绕过玻璃的边缘到达S3，在间隔件1012旁边或沿着所述间隔件经过，并且结束于S2，在该处，所述电连接与例如用于EC器件涂层105(未示出于图14C中)的每个汇流条的汇流条极耳(未示出)会合。电连接1014从控制器主体1002下方(例如，从如图14C所示的基座1008下方)在S4上发出，绕过玻璃的边缘到达S3，在该处，所述电连接与例如用于PV器件涂层107(未示出于图14C中)的汇流条极耳或其他电引线(未示出)会合。电连接1013和1014可以具有保护性绝缘体涂层。玻璃可以在边缘上开槽口以容纳引线，并且在IGU 227的处理和/或安装期间保护它们免受磨损。在其他实施方案中，在控制器1000(例如，基座1008和/或主体1002)与EC器件涂层105和PV器件涂层107之间的电连接延伸穿过玻璃，例如在回火之前在玻璃中钻出孔洞(如果回火的话)并且导线、销或其他电连接穿过所述孔洞。在这类实例中，电连接由于它们被控制器1000隐蔽而可能无法被最终用户看见。孔洞可以处于或不处于可见区域中，并且在一些情况下，玻璃中的孔洞定位在玻璃的二次密封区域中。
尽管未示出于图14A-14C中，但是电致变色膜可以提供在S1-S4中的任一个或多个上。示出用于在PV膜与控制器之间递送电力的类型的电连接也可以用于在控制器与电致变色器件的汇流条之间递送电力。在这类情况下，附加的电连接，诸如电连接1013和/或1014可以被提供用来将电力从控制器递送到汇流条。如图14B所示，电压控制器1020可以提供在IGU之中或之上的某处，在一些情况下提供在控制器1000中(例如，控制器主体1002或基座1008中)。电压控制器可以用来提供适当的电压以对能量储存器(例如，电池、涓流充电电池、超级电容器等)进行充电。类似地，控制器(或其他部件)可以包括适当的电路(未示出)以经由从PV膜递送的能量对能量储存器进行再充电。
在某些情况下，例如当逻辑器件1025(例如，实施在嵌入式微控制器上的控制器、可编程逻辑控制器或专用集成电路)包括关闭EC系统的外部电源的指令时，或在需要最少的电力来抵消流过EC器件的泄漏电流，或储存能量以供后续使用的上色保持时段期间，能量储存器1017可以辅助电致变色器件的操作。在一些实现方式中，控制器可以包括片上系统(SOC)，例如来自加利福尼亚州圣克拉拉的Marvell Semiconductor公司的Kirkwood系列处理器，或来自亚利桑那州钱德勒的Microchip Technology的PIC系列的片上系统。在一个实施方案中，控制器1000经由红外(IR)信号例如从房间内部的触控板接收输入，在所述房间中，IR信号穿过例如在窗框中的IR透明窗户。远程控制器也可以将指令提供到控制器1000。
在各种实施方案中，控制器1000如下所述包括例如被图案化到表面S1、S2、S3和/或S4上的天线。例如，IGU 227和/或控制器1000可以包括用于天线的接地连接(或接地层)。虽然在图14B中仅示出了两个弹簧针1015，但是可以根据需要提供任何数量的弹簧针1015，以从PV膜107接收电力并且为包括汇流条、天线等的不同部件供电。
在图14A-14C中的每一个中，特定数量的电连接被示出在S4与S2之间提供电力。然而，应理解，这类连接也可以用于将电力从控制器递送到汇流条，并且每个电致变色窗户具有两个(或更多个)汇流条。因此，许多电连接/弹簧针/等可以被提供来根据需要为不同部件输送电力。
可选地，或除了PV电池之外，窗户可以包括一个或多个其他能量源/电源，诸如热电发电机、热释电发电机、压电发电机、发声器、电池、接至电网的有线连接等。
本文所示或描述的任何实施方案可以相对于汇流条以及电致变色器件和光伏器件的边缘以特定方式配置。在许多情况下，用于电致变色器件和/或用于光伏器件的汇流条可以提供在窗户的可见区域之外。类似地，电致变色器件的边缘和/或光伏器件的边缘可以提供在窗户的可见区域之外，从而确保(a)整个可见区域按所述器件的上色着色，和/或(b)整个可见区域用作光伏器件。这种配置提供了美观宜人的窗户，至少因为汇流条不遮挡透过窗户的视野，并且因为整个可见区域发生着色。在一个实例中，电致变色器件和/或光伏器件的汇流条以及电致变色器件和光伏器件的边缘可以在IGU的主密封件中提供和密封在窗片与间隔件之间。本文描述的包括但不限于图1A、图2A、图2B、图3、图4、图5A、图5B、图6-13和图14A-14C所示的那些的任何实施方案都可以具有如这个部分所描述的汇流条和器件边缘配置。在未提供间隔件的实施方案(例如，图11-13的一些实施方案)中，电致变色器件和/或光伏器件的汇流条以及边缘可以提供在窗片的边缘附近，例如提供在制造或安装窗户时会被框架或另一个部件遮挡的区域中。在美国专利号8,164,818和于2012年4月25日提交的美国专利申请号13/456,056中进一步描述了具有所描述的汇流条和电致变色器件边缘配置的配置，所述专利中的每一个以引用的方式整体并入本文。
尽管为了便于理解已相当详细地描述了前述发明，所描述的实施方案也应被视为是说明性的而不是限制性的。对于本领域普通技术人员而言将显而易见的是，可以在随附权利要求书的范围内实施某些改变和修改。

Claims (11)

1.一种光伏-电致变色(PV-EC)窗户，所述光伏-电致变色窗户包括：
第一衬底和第二衬底，所述第一衬底和所述第二衬底基本上彼此平行地定向；
PV膜，所述PV膜安置在所述第一衬底和所述第二衬底中的至少一个上，其中所述PV膜是透明的，并且其中所述PV膜是波长特定的，使得所述PV膜相较于在可见波长下而在UV和/或IR波长下选择性地转换光能；以及
EC器件，所述EC器件安置在所述第一衬底和所述第二衬底中的至少一个上。
2.一种光伏-电致变色(PV-EC)窗户，所述光伏-电致变色窗户包括：
第一衬底和第二衬底，所述第一衬底和所述第二衬底基本上彼此平行地定向；
PV膜，所述PV膜安置在所述第一衬底和所述第二衬底中的至少一个上，其中所述PV膜是透明的，并且其中所述PV膜包含钙钛矿基材料；以及
EC器件，所述EC器件安置在所述第一衬底和所述第二衬底中的至少一个上。
3.如权利要求2所述的PV-EC窗户，其中所述钙钛矿基材料包括有机三卤金属。
4.如权利要求3所述的PV-EC窗户，其中所述有机三卤金属选自由以下组成的组：(NH3)MX3、(CH3NH2)MX3、(CH3)2N(H)MX3、H(C＝O)N(H)MX3、HN＝CN(H2)MX3、X-(CH2)3MX3等等，其中
M是Pb或Sn，并且
每个X独立地是F、Cl、Br或I。
5.如权利要求4所述的PV-EC窗户，其中M是Pb。
6.如权利要求4所述的PV-EC窗户，其中M是Sn。
7.如权利要求5或6所述的PV-EC窗户，其中至少一个X是F。
8.如权利要求5或6所述的PV-EC窗户，其中至少一个X是Cl。
9.如权利要求5或6所述的PV-EC窗户，其中至少一个X是Br。
10.如权利要求5或6所述的PV-EC窗户，其中至少一个X是I。
11.如权利要求3所述的PV-EC窗户，其中所述有机三卤金属具有式(R)3N-M(X)3，其中
每个R独立地选自由H和(C1-C6)烷基组成的组，任选地被一个或多个相同或不同的R8基团取代；
M是铅或锡；
每个X独立地是卤素；
R8选自由以下组成的组：Ra、Rb、被一个或多个相同或不同的所述Ra或所述Rb取代的Ra、-ORa、-SRa以及-N(Ra)2；
每个Ra独立地选自由氢、(C1-C6)烷基和(C1-C6)芳基组成的组；并且
(i)每个Rb独立地选自由以下组成的组：-NRaRa、卤素、-CF3、-CN、-C(O)Ra、-C(O)ORa以及-C(O)NRaRa；或
(ii)Rb中的两个组合来形成＝O或＝N-Ra。
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