CN112285982A - 一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件及其制备方法 - Google Patents

一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112285982A
CN112285982A CN202011213002.0A CN202011213002A CN112285982A CN 112285982 A CN112285982 A CN 112285982A CN 202011213002 A CN202011213002 A CN 202011213002A CN 112285982 A CN112285982 A CN 112285982A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
deposition
solid
argon
oxygen
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.)
Pending
Application number
CN202011213002.0A
Other languages
English (en)
Inventor
李垚
赵英明
张翔
赵九蓬
李文杰
李梓同
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN202011213002.0A priority Critical patent/CN112285982A/zh
Publication of CN112285982A publication Critical patent/CN112285982A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/1514Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect characterised by the electrochromic material, e.g. by the electrodeposited material
    • G02F1/1523Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect characterised by the electrochromic material, e.g. by the electrodeposited material comprising inorganic material
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/1506Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect caused by electrodeposition, e.g. electrolytic deposition of an inorganic material on or close to an electrode
    • G02F1/1508Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect caused by electrodeposition, e.g. electrolytic deposition of an inorganic material on or close to an electrode using a solid electrolyte
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/153Constructional details
    • G02F1/1533Constructional details structural features not otherwise provided for
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/153Constructional details
    • G02F1/1533Constructional details structural features not otherwise provided for
    • G02F2001/1536Constructional details structural features not otherwise provided for additional, e.g. protective, layer inside the cell

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件及其制备方法,它涉及一种电致变色器件及其制备方法。本发明的目的是要解决现有全固态电致变色器件的着褪色响应速度较慢,器件的透过率调制范围小和制备成本高的问题。方法:一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件由自下而上依次设置的基底、下层透明导电层、离子存储层、下层保护层、电解质层、上层保护层、电致变色层和上层透明导电层组成。方法:一、采用磁控溅射法沉积下层透明导电层、离子存储层和下层保护层;二、采用磁控溅射法沉积电解质层;三、采用磁控溅射法沉积上层保护层、电致变色层和上层透明导电层。本发明可获得一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件。

Description

一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种电致变色器件及其制备方法。
背景技术
电致变色是材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在小的电信号的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象,在外观上表现为材料的颜色和透明度的可逆变化,具有电致变色现象的材料称为电致变色材料。
电致变色材料按照材料类型可以划分为无机电致变色材料和有机电致变色材料,其中无机电致变色材料又包括氧化钨、氧化钼、氧化钒、氧化钛、氧化铌和氧化镍等过渡金属氧化物和普鲁士蓝系统,有机电致变色材料包括聚苯胺,聚噻吩,紫罗精等材料。由电致变色材料制备成的电致变色器件已经在智能窗、显示、防眩目后视镜和飞机舷窗等领域有了广泛的应用,在伪装以及航天器热控等方面上有很大的应用潜力。
目前以氧化镍和氧化钨为互补层的全固态电致变色器件由于其在智能窗,显示和防炫目后视镜等诸多方面的潜在应用受到人们的广泛关注。目前报道的这类器件多以钽酸锂和铌酸锂为电解质层,由于钽和铌的储量相对较少,因此这类电解质的成本较高,并且这类电解质的离子电导率通常较低,造成器件的着褪色响应速度较慢,器件的透过率调制范围小。刁训刚等采用LiTaO3作为固态电解质层制备了氧化镍和氧化钨互补型电致变色器件,器件着褪色响应速度较慢,着色85s,褪色42s。(Song,X.;Dong,G.;Gao,F.;Xiao,Y.;Liu,Q.;Diao,X.Properties of NiOx and its influence upon all-thin-film ITO/NiOx/LiTaO3/WO3/ITO electrochromic devices prepared by magnetronsputtering.Vacuum 2015,111,48-54)。Qirong Liu等采用LiNbO3作为电解质层制备了氧化镍和氧化钨互补型电致变色器件,器件同样也表现出较慢的着褪色响应速度(Liu,Q.;Dong,G.;Chen,Q.;Guo,J.;Xiao,Y.;Delplancke-Ogletree,M.P.;Reniers,F.;Diao,X.Charge-transfer kinetics and cyclic properties of inorganic all-solid-stateelectrochromic device with remarkably improved optical memory.Solar EnergyMaterials and Solar Cells 2018,174,545-553)。Atak等人采用LiNbO3作为电解质层制备了氧化镍和氧化钨互补型电致变色器件,器件只有34%的透过率调(Atak,G.;Coskun,O.D.Annealing effects of NiO thin films for all-solid-state electrochromicdevices.Solid State Ionics 2017,305,43-51)。综上,目前应用于全固态器件的电解质层具有较低的离子电导率导致器件的着褪色响应速度较慢,器件的透过率调制范围小,同时,常用于制备全固态器件的电解质多以钽酸锂和铌酸锂为主,钽,铌储量少,价格昂贵,不利于电致变色器件的大规模应用。
发明内容
本发明的目的是要解决现有全固态电致变色器件的着褪色响应速度较慢,器件的透过率调制范围小和制备成本高的问题,而提供一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件及其制备方法。
一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件由自下而上依次设置的基底、下层透明导电层、离子存储层、下层保护层、电解质层、上层保护层、电致变色层和上层透明导电层组成;所述的电解质层为LiAlSiO4;所述的下层保护层为Si3N4或ZrO2;所述的上层保护层为Si3N4或ZrO2
一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件的制备方法,是按以下步骤完成的:
一、沉积下层透明导电层、离子存储层和下层保护层:
采用磁控溅射法在基底表面依次沉积下层透明导电层、离子存储层和下层保护层;
二、沉积电解质层:
采用磁控溅射法在下层保护层上沉积电解质层;
三、沉积上层保护层、电致变色层和上层透明导电层;
采用磁控溅射法在电解质层上沉积上层保护层、电致变色层和上层透明导电层,得到全固态电致变色器件。
本发明的原理及优点:
一、本发明以硅酸铝锂为电解质层,具有优异的稳定性,宽的电化学窗口,高的离子电导率以及在可见近红外光谱区域高的光透过率;
二、本发明采用磁控溅射的方式,通过调节溅射功率,氧气和氩气比例,沉积薄膜的厚度和气压来进行优化电解质层的性能;
三、本发明制备的全固态电致变色器件在离子存储层和电解质层以及电致变色层和电解质层之前沉积有上层保护层和下层保护层,可以有效降低电致变色器件的漏电流,提高了器件的透过率调节幅度和稳定性;
四、本发明制备的全固态电致变色器件的硅酸铝锂电解质层,解决了现有应用于电致变色全固态器件电解质钽酸锂和铌酸锂,由于钽和铌的储量相对较少,造成电解质的成本较高,并且这类电解质的离子电导率通常较低,造成器件的着褪色响应速度较慢,本发明制备出的电解质的化学性质比较稳定,使得低生产成本生产具有高电致变色性能的器件成为可能;
四、本发明制备的硅酸铝锂电解质层在可见近红外的光透过率大于90%,以硅酸铝锂为电解质层,含保护层的全固态电致变色器件在可见近红外的光透过率大于70%,光学调制范围大于50%;
五、本发明制备的以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件的着褪色响应时间小于15s。
本发明可获得以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件。
附图说明
图1为实施例一制备的以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件的结构示意图,图中1为基底、2为下层透明导电层、3为离子存储层、4为下层保护层、5为电解质层、6为上层保护层、7为电致变色层和8为上层透明导电层;
图2为对比实施例一制备的不含保护层的全固态电致变色器件中硅酸铝锂电解质层的SEM图;
图3为实施例一制备的以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件着色态及褪色态的透过率光谱图,图中1为褪色,2为着色;
图4为实施例二制备的以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件着色态及褪色态的透过率光谱图,图中1为褪色,2为着色;
图5为实施例三制备的以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件着色态及褪色态的透过率光谱图,图中1为褪色,2为着色;
图6为对比实施例一制备的不含保护层的全固态电致变色器件着色态及褪色态的透过率光谱图,图中1为褪色,2为着色。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容,但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下,对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换,均属于本发明的范围。
具体实施方式一:一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件由自下而上依次设置的基底、下层透明导电层、离子存储层、下层保护层、电解质层、上层保护层、电致变色层和上层透明导电层组成;所述的电解质层为LiAlSiO4;所述的下层保护层为Si3N4或ZrO2;所述的上层保护层为Si3N4或ZrO2
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同点是:所述的基底为刚性基底或柔性基底;所述的刚性基底为硅、金属或者玻璃;所述的柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚二甲基硅氧烷。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是:所述的下层透明导电层为ITO层、FTO层、AZO层、Ag纳米线或Ag纳米框架。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是:所述的离子存储层NiO或V2O5。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是:所述的电致变色层为WO3、MoO3、TiO2或CrO2。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是:所述的上层透明导电层为ITO层、FTO层、AZO层、Ag纳米线或Ag纳米框架。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是:所述的电解质层的厚度为60nm~500nm。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是:所述的下层透明导电层的厚度为40nm~250nm,离子存储层的厚度为60nm~400nm,下层保护层的厚度为20nm~80nm,上层保护层的厚度为20nm~80nm,电致变色层的厚度300nm~500nm,上层透明导电层的厚度为40nm~250nm。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九:本实施方式是一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件的制备方法,是按以下步骤完成的:
一、沉积下层透明导电层、离子存储层和下层保护层:
采用磁控溅射法在基底表面依次沉积下层透明导电层、离子存储层和下层保护层;
二、沉积电解质层:
采用磁控溅射法在下层保护层上沉积电解质层;
三、沉积上层保护层、电致变色层和上层透明导电层;
采用磁控溅射法在电解质层上沉积上层保护层、电致变色层和上层透明导电层,得到全固态电致变色器件。
本实施方式的原理及优点:
一、本实施方式以硅酸铝锂为电解质层,具有优异的稳定性,宽的电化学窗口,高的离子电导率以及在可见近红外光谱区域高的光透过率;
二、本实施方式采用磁控溅射的方式,通过调节溅射功率,氧气和氩气比例,沉积薄膜的厚度和气压来进行优化电解质层的性能;
三、本实施方式制备的全固态电致变色器件在离子存储层和电解质层以及电致变色层和电解质层之前沉积有上层保护层和下层保护层,可以有效降低电致变色器件的漏电流,提高了器件的透过率调节幅度和稳定性;
四、本实施方式制备的全固态电致变色器件的硅酸铝锂电解质层,解决了现有应用于电致变色全固态器件电解质钽酸锂和铌酸锂,由于钽和铌的储量相对较少,造成电解质的成本较高,并且这类电解质的离子电导率通常较低,造成器件的着褪色响应速度较慢,本实施方式制备出的电解质的化学性质比较稳定,使得低生产成本生产具有高电致变色性能的器件成为可能;
四、本实施方式制备的硅酸铝锂电解质层在可见近红外的光透过率大于90%,以硅酸铝锂为电解质层,含保护层的全固态电致变色器件在可见近红外的光透过率大于70%,光学调制范围大于50%;
五、本实施方式制备的以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件的着褪色响应时间小于15s。
本实施方式可获得以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式九的不同点是:步骤一中采用磁控溅射法沉积下层透明导电层的参数为:溅射功率为40W~100W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为(0.1~0.5):10,沉积厚度为40nm~250nm,沉积气压为0.8Pa~2.0Pa;步骤一中采用磁控溅射法沉积离子存储层的参数为:溅射功率为60W~160W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为(2~10):10,沉积厚度为60nm~400nm,沉积气压为0.7Pa~1.5Pa;步骤一中采用磁控溅射法沉积下层保护层的参数为:溅射功率为40W~130W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为(4~8):10,沉积厚度为20nm~80nm,沉积气压为0.6Pa~1.4Pa;步骤二中采用磁控溅射法在下层保护层上沉积电解质层的参数为:溅射功率为30W~150W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为(0.05~0.5):10,沉积厚度为60nm~500nm,沉积气压为0.8Pa~1.5Pa;步骤三中采用磁控溅射法沉积上层保护层的参数为:溅射功率为40W~130W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为(4~8):10,沉积厚度为20nm~80nm,沉积气压为0.6Pa~1.4Pa;步骤三中采用磁控溅射法沉积电致变色层的参数为:溅射功率为50W~200W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为(0.5~10):10,沉积厚度为300nm~500nm,沉积气压为0.8Pa~2.0Pa;步骤三中采用磁控溅射法沉积上层透明导电层的参数为:溅射功率为40W~100W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为(0.1~0.5):10,沉积厚度为40nm~250nm,沉积气压为0.8Pa~2.0Pa。其它步骤与具体实施方式九相同。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
实施例一:一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件的制备方法是按以下步骤完成的:
一、沉积下层透明导电层、离子存储层和下层保护层:
采用磁控溅射法在基底表面依次沉积下层透明导电层、离子存储层和下层保护层;
步骤一中采用磁控溅射法沉积下层透明导电层的参数为:以ITO为靶材,溅射功率为40W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为0.5:10,沉积厚度为250nm,沉积气压为0.8Pa;步骤一中采用磁控溅射法沉积离子存储层的参数为:以Ni为靶材,溅射功率为60W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为2:10,沉积厚度为60nm,沉积气压为0.7Pa;步骤一中采用磁控溅射法沉积下层保护层的参数为:以Si3N4为靶材,溅射功率为130W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为4:10,沉积厚度为80nm,沉积气压为1.4Pa;
步骤一中所述的基底为玻璃;
二、沉积电解质层:
采用磁控溅射法在下层保护层上沉积电解质层;
步骤二中采用磁控溅射法在下层保护层上沉积电解质层的参数为:以硅酸铝锂陶瓷靶为靶材,溅射功率为30W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为0.05:10,沉积厚度为500nm,沉积气压为0.8Pa;
三、沉积上层保护层、电致变色层和上层透明导电层;
采用磁控溅射法在电解质层上沉积上层保护层、电致变色层和上层透明导电层,得到全固态电致变色器件;
步骤三中采用磁控溅射法沉积上层保护层的参数为:以Si3N4为靶材,溅射功率为130W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为4:10,沉积厚度为80nm,沉积气压为1.4Pa;步骤三中采用磁控溅射法沉积电致变色层的参数为:以W为靶材,溅射功率为200W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为10:10,沉积厚度为400nm,沉积气压为2.0Pa;步骤三中采用磁控溅射法沉积上层透明导电层的参数为:以ITO为靶材,溅射功率为100W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为0.5:10,沉积厚度为250nm,沉积气压为2.0Pa。
实施例一制备的以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件的着色时间为10s;褪色时间为8s。
实施例二:一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件的制备方法是按以下步骤完成的:
一、沉积下层透明导电层、离子存储层和下层保护层:
采用磁控溅射法在基底表面依次沉积下层透明导电层、离子存储层和下层保护层;
步骤一中采用磁控溅射法沉积下层透明导电层的参数为:以ITO为靶材,溅射功率为100W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为0.1:10,沉积厚度为40nm,沉积气压为2.0Pa;步骤一中采用磁控溅射法沉积离子存储层的参数为:以Ni为靶材,溅射功率为160W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为10:10,沉积厚度为400nm,沉积气压为1.5Pa;步骤一中采用磁控溅射法沉积下层保护层的参数为:以Si3N4为靶材,溅射功率为40W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为8:10,沉积厚度为20nm,沉积气压为0.6Pa;
步骤一中所述的基底为玻璃;
二、沉积电解质层:
采用磁控溅射法在下层保护层上沉积电解质层;
步骤二中采用磁控溅射法在下层保护层上沉积电解质层的参数为:硅酸铝锂陶瓷靶为靶材,溅射功率为150W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为0.5:10,沉积厚度为60nm,沉积气压为1.5Pa;
三、沉积上层保护层、电致变色层和上层透明导电层;
采用磁控溅射法在电解质层上沉积上层保护层、电致变色层和上层透明导电层,得到全固态电致变色器件;
步骤三中采用磁控溅射法沉积上层保护层的参数为:以Si3N4为靶材,溅射功率为40W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为8:10,沉积厚度为20nm,沉积气压为0.6Pa;步骤三中采用磁控溅射法沉积电致变色层的参数为:以W为靶材,溅射功率为50W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为0.5:10,沉积厚度为500nm,沉积气压为0.8Pa;步骤三中采用磁控溅射法沉积上层透明导电层的参数为:以ITO为靶材,溅射功率为40W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为0.1:10,沉积厚度为40nm,沉积气压为0.8Pa。
实施例二制备的以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件的着色时间为13s;褪色时间为10s。
实施例三:一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件的制备方法是按以下步骤完成的:
一、沉积下层透明导电层、离子存储层和下层保护层:
采用磁控溅射法在基底表面依次沉积下层透明导电层、离子存储层和下层保护层;
步骤一中采用磁控溅射法沉积下层透明导电层的参数为:以ITO为靶材,溅射功率为80W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为0.3:10,沉积厚度为200nm,沉积气压为1.0Pa;步骤一中采用磁控溅射法沉积离子存储层的参数为:以Ni为靶材,溅射功率为120W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为5:10,沉积厚度为300nm,沉积气压为1.0Pa;步骤一中采用磁控溅射法沉积下层保护层的参数为:以Si3N4为靶材,溅射功率为70W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为6:10,沉积厚度为50nm,沉积气压为0.9Pa;
步骤一中所述的基底为玻璃;
二、沉积电解质层:
采用磁控溅射法在下层保护层上沉积电解质层;
步骤二中采用磁控溅射法在下层保护层上沉积电解质层的参数为:以硅酸铝锂为靶材,溅射功率为80W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为0.2:10,沉积厚度为180nm,沉积气压为0.9Pa;
三、沉积上层保护层、电致变色层和上层透明导电层;
采用磁控溅射法在电解质层上沉积上层保护层、电致变色层和上层透明导电层,得到全固态电致变色器件;
步骤三中采用磁控溅射法沉积上层保护层的参数为:以Si3N4为靶材,溅射功率为70W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为6:10,沉积厚度为50nm,沉积气压为0.9Pa;步骤三中采用磁控溅射法沉积电致变色层的参数为:以W为靶材,溅射功率为160W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为0.8:10,沉积厚度为500nm,沉积气压为1.3Pa;步骤三中采用磁控溅射法沉积上层透明导电层的参数为:以ITO为靶材,溅射功率为80W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为0.4:10,沉积厚度为180nm,沉积气压为1.4Pa。
实施例三制备的以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件的着色时间为12s;褪色时间为11s。
对比实施例一:不含保护层的全固态电致变色器件,是按以下步骤完成的:
一、沉积下层透明导电层和离子存储层:
采用磁控溅射法在基底表面依次沉积下层透明导电层和离子存储层;
步骤一中采用磁控溅射法沉积下层透明导电层的参数为:以ITO为靶材,溅射功率为40W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为0.5:10,沉积厚度为250nm,沉积气压为0.8Pa;步骤一中采用磁控溅射法沉积离子存储层的参数为:以Ni为靶材,溅射功率为60W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为2:10,沉积厚度为60nm,沉积气压为0.7Pa;
步骤一中所述的基底为玻璃;
二、沉积电解质层:
采用磁控溅射法在离子存储层上沉积电解质层;
步骤二中采用磁控溅射法在下层保护层上沉积电解质层的参数为:以硅酸铝锂陶瓷靶为靶材,溅射功率为30W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为0.05:10,沉积厚度为500nm,沉积气压为0.8Pa;
三、沉积电致变色层和上层透明导电层;
采用磁控溅射法在电解质层上沉积电致变色层和上层透明导电层,得到全固态电致变色器件;
步骤三中采用磁控溅射法沉积电致变色层的参数为:以W为靶材,溅射功率为200W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为10:10,沉积厚度为400nm,沉积气压为2.0Pa;步骤三中采用磁控溅射法沉积上层透明导电层的参数为:以ITO为靶材,溅射功率为100W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为0.5:10,沉积厚度为250nm,沉积气压为2.0Pa。
对比实施例一制备的不含保护层的全固态电致变色器件的着色时间为11s;褪色时间为10s。
图1为实施例一制备的以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件的结构示意图,图中1为基底、2为下层透明导电层、3为离子存储层、4为下层保护层、5为电解质层、6为上层保护层、7为电致变色层和8为上层透明导电层。
图2为对比实施例一制备的不含保护层的全固态电致变色器件中硅酸铝锂电解质层的SEM图;
从图2可知硅酸铝锂电解质厚度约为400nm。
图3为实施例一制备的以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件着色态及褪色态的透过率光谱图,图中1为褪色,2为着色;
从图3可知该器件的在可见波段透过率调节可大于50%。
图4为实施例二制备的以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件着色态及褪色态的透过率光谱图,图中1为褪色,2为着色;
从图4可知该器件可见波段的褪色态透过率低于实施例一中器件的褪色态透过率,透过率调节范围较实施例一的器件透过率调节范围小。
图5为实施例三制备的以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件着色态及褪色态的透过率光谱图,图中1为褪色,2为着色;
从图5可知,该器件的在可见波段的透过率调节小于实施例一中器件的透过率调节,但大于实施例二中的器件的透过率调节。
图6为对比实施例一制备的不含保护层的全固态电致变色器件着色态及褪色态的透过率光谱图,图中1为褪色,2为着色。
从图6可知不含保护层的器件相对于实施例一、实施例二和实施例三中器件在可见波段的褪色态透过率偏低,透过率调节偏小。

Claims (10)

1.一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件,其特征在于一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件由自下而上依次设置的基底、下层透明导电层、离子存储层、下层保护层、电解质层、上层保护层、电致变色层和上层透明导电层组成;所述的电解质层为LiAlSiO4;所述的下层保护层为Si3N4或ZrO2;所述的上层保护层为Si3N4或ZrO2
2.根据权利要求1所述的一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件,其特征在于所述的基底为刚性基底或柔性基底;所述的刚性基底为硅、金属或者玻璃;所述的柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚二甲基硅氧烷。
3.根据权利要求1所述的一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件,其特征在于所述的下层透明导电层为ITO、FTO、AZO、Ag纳米线或Ag纳米框架。
4.根据权利要求1所述的一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件,其特征在于所述的离子存储层NiO或V2O5
5.根据权利要求1所述的一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件,其特征在于所述的电致变色层为WO3、MoO3、TiO2或CrO2
6.根据权利要求1所述的一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件,其特征在于所述的上层透明导电层为ITO、FTO、AZO、Ag纳米线或Ag纳米框架。
7.根据权利要求1所述的一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件,其特征在于所述的电解质层的厚度为60nm~500nm。
8.根据权利要求1所述的一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件,其特征在于所述的下层透明导电层的厚度为40nm~250nm,离子存储层的厚度为60nm~400nm,下层保护层的厚度为20nm~80nm,上层保护层的厚度为20nm~80nm,电致变色层的厚度300nm~500nm,上层透明导电层的厚度为40nm~250nm。
9.如权利要求1所述的一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件的制备方法,其特征在于一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件的制备方法是按以下步骤完成的:
一、沉积下层透明导电层、离子存储层和下层保护层:
采用磁控溅射法在基底表面依次沉积下层透明导电层、离子存储层和下层保护层;
二、沉积电解质层:
采用磁控溅射法在下层保护层上沉积电解质层;
三、沉积上层保护层、电致变色层和上层透明导电层;
采用磁控溅射法在电解质层上沉积上层保护层、电致变色层和上层透明导电层,得到全固态电致变色器件。
10.根据权利要求9所述的一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件的制备方法,其特征在于步骤一中采用磁控溅射法沉积下层透明导电层的参数为:溅射功率为40W~100W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为(0.1~0.5):10,沉积厚度为40nm~250nm,沉积气压为0.8Pa~2.0Pa;步骤一中采用磁控溅射法沉积离子存储层的参数为:溅射功率为60W~160W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为(2~10):10,沉积厚度为60nm~400nm,沉积气压为0.7Pa~1.5Pa;步骤一中采用磁控溅射法沉积下层保护层的参数为:溅射功率为40W~130W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为(4~8):10,沉积厚度为20nm~80nm,沉积气压为0.6Pa~1.4Pa;步骤二中采用磁控溅射法在下层保护层上沉积电解质层的参数为:溅射功率为30W~150W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为(0.05~0.5):10,沉积厚度为60nm~500nm,沉积气压为0.8Pa~1.5Pa;步骤三中采用磁控溅射法沉积上层保护层的参数为:溅射功率为40W~130W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为(4~8):10,沉积厚度为20nm~80nm,沉积气压为0.6Pa~1.4Pa;步骤三中采用磁控溅射法沉积电致变色层的参数为:溅射功率为50W~200W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为(0.5~10):10,沉积厚度为300nm~500nm,沉积气压为0.8Pa~2.0Pa;步骤三中采用磁控溅射法沉积上层透明导电层的参数为:溅射功率为40W~100W,沉积气氛为氧气和氩气的混合气氛,其中氧气与氩气的体积比为(0.1~0.5):10,沉积厚度为40nm~250nm,沉积气压为0.8Pa~2.0Pa。
CN202011213002.0A 2020-11-06 2020-11-06 一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件及其制备方法 Pending CN112285982A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011213002.0A CN112285982A (zh) 2020-11-06 2020-11-06 一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011213002.0A CN112285982A (zh) 2020-11-06 2020-11-06 一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112285982A true CN112285982A (zh) 2021-01-29

Family

ID=74351278

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011213002.0A Pending CN112285982A (zh) 2020-11-06 2020-11-06 一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112285982A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114035389A (zh) * 2021-11-08 2022-02-11 浙江大学 可抑制自褪色/自着色并扩展电位窗口的电致变色薄膜结构、电致变色器件
CN115261792A (zh) * 2022-07-05 2022-11-01 锦西化工研究院有限公司 一种电致变色涂层的制备方法
CN115718392A (zh) * 2022-11-04 2023-02-28 北京航空材料研究院股份有限公司 一种电致变色器件及其制备方法
CN115903322A (zh) * 2022-10-18 2023-04-04 北京航空材料研究院股份有限公司 一种电致变色器件及其制备方法
CN117270273A (zh) * 2023-06-14 2023-12-22 深圳豪威显示科技有限公司 一种铝离子基全固态电致变色器件及其制备方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060209383A1 (en) * 2005-02-23 2006-09-21 Sage Electrochromics, Inc. Electrochromic devices and methods
US20070097481A1 (en) * 2005-10-11 2007-05-03 Sage Electrochromics, Inc. Electrochromic devices having improved ion conducting layers
EP2089764A1 (en) * 2006-11-09 2009-08-19 Sage Electrochromics, Inc. Method of making an ion-switching device without a separate lithiation step
CN103771724A (zh) * 2012-10-19 2014-05-07 中国南玻集团股份有限公司 全固态薄膜电致变色玻璃及其制备方法
CN107015412A (zh) * 2017-04-13 2017-08-04 吉晟光电(深圳)有限公司 一种固态全薄膜电致变色器件的结构及制备方法
CN107085339A (zh) * 2017-03-01 2017-08-22 江苏繁华玻璃股份有限公司 一种全固态电致变色器件的制备方法
CN108037628A (zh) * 2017-12-25 2018-05-15 兰州空间技术物理研究所 一种性能稳定的电致变色薄膜及其制备方法
CN109298579A (zh) * 2018-12-07 2019-02-01 哈尔滨工业大学 一种全固态电致变色器件及其制备方法
CN110032018A (zh) * 2018-01-12 2019-07-19 中国科学院上海硅酸盐研究所 铝锂合金固态离子传导层及其制备方法与所含该固态离子传导层的全固态电致变色器件
CN110045558A (zh) * 2018-01-12 2019-07-23 中国科学院上海硅酸盐研究所 铝酸锂固态离子传导层及其制备方法与含该固态离子传导层的全固态电致变色器件

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060209383A1 (en) * 2005-02-23 2006-09-21 Sage Electrochromics, Inc. Electrochromic devices and methods
US20070097481A1 (en) * 2005-10-11 2007-05-03 Sage Electrochromics, Inc. Electrochromic devices having improved ion conducting layers
EP2089764A1 (en) * 2006-11-09 2009-08-19 Sage Electrochromics, Inc. Method of making an ion-switching device without a separate lithiation step
CN103771724A (zh) * 2012-10-19 2014-05-07 中国南玻集团股份有限公司 全固态薄膜电致变色玻璃及其制备方法
CN107085339A (zh) * 2017-03-01 2017-08-22 江苏繁华玻璃股份有限公司 一种全固态电致变色器件的制备方法
CN107015412A (zh) * 2017-04-13 2017-08-04 吉晟光电(深圳)有限公司 一种固态全薄膜电致变色器件的结构及制备方法
CN108037628A (zh) * 2017-12-25 2018-05-15 兰州空间技术物理研究所 一种性能稳定的电致变色薄膜及其制备方法
CN110032018A (zh) * 2018-01-12 2019-07-19 中国科学院上海硅酸盐研究所 铝锂合金固态离子传导层及其制备方法与所含该固态离子传导层的全固态电致变色器件
CN110045558A (zh) * 2018-01-12 2019-07-23 中国科学院上海硅酸盐研究所 铝酸锂固态离子传导层及其制备方法与含该固态离子传导层的全固态电致变色器件
CN109298579A (zh) * 2018-12-07 2019-02-01 哈尔滨工业大学 一种全固态电致变色器件及其制备方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114035389A (zh) * 2021-11-08 2022-02-11 浙江大学 可抑制自褪色/自着色并扩展电位窗口的电致变色薄膜结构、电致变色器件
CN114035389B (zh) * 2021-11-08 2022-11-29 浙江大学 可抑制自褪色/自着色并扩展电位窗口的电致变色薄膜结构、电致变色器件
CN115261792A (zh) * 2022-07-05 2022-11-01 锦西化工研究院有限公司 一种电致变色涂层的制备方法
CN115261792B (zh) * 2022-07-05 2023-10-13 锦西化工研究院有限公司 一种电致变色涂层的制备方法
CN115903322A (zh) * 2022-10-18 2023-04-04 北京航空材料研究院股份有限公司 一种电致变色器件及其制备方法
CN115903322B (zh) * 2022-10-18 2024-02-23 北京航空材料研究院股份有限公司 一种电致变色器件及其制备方法
CN115718392A (zh) * 2022-11-04 2023-02-28 北京航空材料研究院股份有限公司 一种电致变色器件及其制备方法
CN117270273A (zh) * 2023-06-14 2023-12-22 深圳豪威显示科技有限公司 一种铝离子基全固态电致变色器件及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112285982A (zh) 一种以硅酸铝锂为电解质层的全固态电致变色器件及其制备方法
CN107085339B (zh) 一种全固态电致变色器件的制备方法
CN102929063B (zh) 一种基于纳米粒子的电致变色器件及其制备方法
CN205405029U (zh) 一种高转变速率的电致变色膜
CN111624829B (zh) 多彩电致变色结构、其制备方法及应用
CN108254989B (zh) 全固态电致变色窗和固态电致变色镜及其制备方法
CN104102060A (zh) 一种智能变色窗制备方法
CN108803183B (zh) 一种双层全无机电致变色器件及其制备方法
CN204595399U (zh) 一种电致变色玻璃
WO2022262463A1 (zh) 基于聚合物分散液晶的电致变色装置、制备方法及电子设备
CN111045268B (zh) 一种以氟化物为电解质层的全固态电致变色器件及其制备方法
CN108803184A (zh) 一种夹胶电致变色器件及其制备方法
Shchegolkov et al. Overview of electrochromic materials and devices: scope and development prospects
CN205643982U (zh) 电致变色结构
CN201222152Y (zh) 可电致变色的柔性薄膜
CN109254467A (zh) 一种可变色光学器件及其制备方法
CN110981217A (zh) 一种快速响应高循环稳定性的电致变色薄膜的制备方法
CN215067648U (zh) 一种用于车载显示的多彩电致变色器件
CN107045242A (zh) 电致变色结构及其形成方法
CAO et al. Sandwich structured electrolyte of high sputtering efficiency for all-solid-state electrochromic devices by optical design
CN110441970B (zh) 一种柔性电致变色器及其制备方法
Wang et al. Metal oxides in energy-saving smart windows
CN210323655U (zh) 一种电动调光元件
CN101738809A (zh) 变色玻璃
CN114114771A (zh) 电致变色器件及其制备方法、电致变色器件的控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210129