CN112981343B - 控制大尺寸全固态电致变色器件着色的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制大尺寸全固态电致变色器件着色的工艺方法，所述电致变色器件包括第一透明导电层和第二透明导电层，利用磁控溅射工艺在基板上镀第一透明导电层和第二透明导电层时，沿着第一透明导电层的阳极到阴极方向，所使用的氧气分压梯度逐渐减少，沿着第二透明导电层的阳极到阴极方向，说是使用的氧气分压梯度逐渐增加。

Description

控制大尺寸全固态电致变色器件着色的工艺方法
技术领域
本发明涉及电致变色技术领域，具体涉及一种控制大尺寸全固态电致变色器件着色的工艺方法。
背景技术
全固态电致变色器件的结构如图1所示，是由大约5层功能膜层组成的三明治结构，其中TCO-1、TCO-2为透明导电层，EC为电致变色层，CE为反向电致变色层。当电压加载在两个透明导电层电极之间时，电致变色器件开始着色或则褪色。
由于全固态电致变色器件的透明导电层存在一定的电导率，必然导致在运行过程中，由于电流的流入而产生相对应的压降，该压降在大尺寸EC器件中尤其明显。大尺寸的电致变色器件由于透明导电层运行中的压降，导致实际加载在器件中间部分的电压要远远小于加载在器件边缘更靠近银浆汇流条的电压，从而导致器件先从银浆汇流条两边开始着色，然后逐渐慢慢向器件中央变色，从而实现整体变色的过程，该变色过程和现象被称为“窗帘效应”。
电池变色器件的尺寸标注如图2所示，其宽度与两条银浆汇流条之间的距离相等，均为W，其长度为L。该EC器件的变色速度由其宽度决定，宽度数值越大，中心区域器件的电压约小，着色深度越浅。
如图3所示，越接近阳极，其电势越高；而越接近阴极，其电势越低；加载在器件上不同位置的实际电压Veff由两个透明导电层的电势差决定。
如图4所示，电致变色器件两端实际电压最高，而中间实际电压最低，合理解释了大尺寸电致变色着色过程中的窗帘效应，以及大尺寸玻璃着色更难，更慢，更不均匀的问题。距离两端越近，由于汇聚流过的电流更多和欧姆效应，导致电压下降速度越快，即电势曲线斜率越大。
本发明提供一种工艺方法，使得电致变色器件的变色时间更快更均匀，减少大尺寸电致变色器件中的“窗帘效应”。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种控制大尺寸全固态电致变色器件着色的工艺方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种控制大尺寸全固态电致变色器件着色的工艺方法，所述电致变色器件包括第一透明导电层和第二透明导电层；
利用磁控溅射工艺在基板上镀第一透明导电层和第二透明导电层时，沿着第一透明导电层的阳极到阴极方向，所使用的氧气分压梯度逐渐减少，沿着第二透明导电层的阳极到阴极方向，说是使用的氧气分压梯度逐渐增加。
具体地，磁控溅射工艺需要将靶材溅射到基板上，通过布气管将氧气输送至靶材处，所述布气管上开设有气孔；沿着布气管的一端至另外一端，所述气孔的孔径以等差数列的形式进行变化。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
通过调整氧气分布来调节透明导电层的导电率分布，从而实现电致变色器件整体区域、尤其是中间区域有效加载电压的明显提高。
附图说明
图1为电致变色器件的结构示意图；
图2为现有技术中电致变色器件变色不均匀的示意图；
图3为现有技术电致变色器件中两个透明导电层的电势随宽度位置的变化趋势图；
图4为现有技术中加载在电致变色器件上实际电压相对银浆汇流条位置的变化趋势图；
图5为本发明第一透明导电层镀膜时布气管的示意图；
图6为本发明第一透明导电层和第二透明导电层的导电率分布示意图；
图7为本发明与现有技术两个透明导电层的电势分布对比图；
图8为本发明与现有技术中加载在电致变色器件上实际电压的对比图；
图9为本发明与现有技术中电致变色器件着色态透过率的对比图；
图10为本发明与现有技术中电致变色器件着色时间的对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。
一种控制大尺寸全固态电致变色器件着色的工艺方法，所述电致变色器件包括第一透明导电层和第二透明导电层；
利用磁控溅射工艺在基板上镀第一透明导电层和第二透明导电层时，沿着第一透明导电层的阳极到阴极方向，所使用的氧气分压梯度逐渐减少，沿着第二透明导电层的阳极到阴极方向，说是使用的氧气分压梯度逐渐增加。
具体地，磁控溅射工艺需要将靶材溅射到基板3上，通过布气管1将氧气输送至靶材2处，所述布气管上开设有气孔；沿着布气管的一端至另外一端，所述气孔的孔径以等差数列的形式进行变化。
所述电致变色器件包括位于电致变色器件一侧的阳极银浆汇流条4，以及位于另一侧的阴极银浆汇流条5；两个透明导电层的阳极位于电致变色器件的一侧，且均与阳极银浆汇流条电连接；两个透明导电层的阴极位于电致变色器件的另一侧且均与阴极银浆汇流条电连接。
本实施例中，第一透明导电层位于电致变色器件的上部，第二透明导电层位于电致变色器件的下部，以第一透明导电层的中心点为原点、以阴极银浆汇流条朝向阳极银浆汇流条的方向为X轴正方向、以与X轴垂直的方向为Y轴方向，建立直角坐标系。
透明导电层沿着x轴方向上的压降主要是由于大量的电流产生的欧姆效应，从而导致越到电致变色器件的中间部分，电压下降越大，从而导致加载在中间区域两端的实际电压Veff较小，影响了该区域电致变色器件正常的着色和褪色。
另外，电流越大则产生的压降越大，因此在保证实际电压的同时，需要尽量降低整体器件的电流，从而减少压降。因此需要透明导电层的整体电阻适当增加，即尽量接近但是不超过电致变色器件局部的开启电压，尽量降低流过透明导电层的电流。这两者之间存在部分矛盾的，但是通过适当的透明导电层空间调节，可以实现中间区域Veff增加的同时整体的电流减少，即边缘区域较大的Veff也不超过电致变色器件的开启电压。
在利用磁控溅射工艺镀透明导电层膜时，透明导电层的导电率和其镀膜环境中的氧气成分影响很大。通常环境中氧气约多，则透明导电层的导电率越低。
本发明磁控溅射镀膜过程中，沿着阴极方向，即X轴负方向，按照梯度渐变的方式轻微地改变氧气分压，从而改变局部的透明导电层导电率，使其呈现准渐进变化。在透明导电层磁控溅射反应镀膜中氧气使用量很少，因此该氧气分压梯度的变化不会明显影响透明导电层的镀膜速度和厚度，但是由于透明导电层的导电能力主要依靠该薄膜材料中的氧气-空穴，所以氧气分布较少的阴极附近会产生更多的氧气-空穴，从而实现中间区域导电率的局部调节，并改变所加电压沿着X轴方向的分布，并有效的提高器件中间地区的实际电压，实现更快速更均匀的变色。
本发明适用于大尺寸在线磁控溅射镀膜设备，例如立式镀膜线和卧式镀膜线。生产布置如图所示。
过基板中线且垂直于基板的平面恰好将布气管分为相等的两段，所述布气管为定制的布气管道，可以分区独立调控气孔的大小，实现渐变的独特布气方式，从而实现透明导电层的方阻渐进变化，氧气少得地方，空穴更多，导电率更高；氧气多得地方，空穴更少，导电率更高。
本发明中电致变色器件上部的透明导电层，即第一透明导电层，由图5所示的方式进行纵向氧气布气，即沿着X轴正方向，氧气的含量逐渐降低，因此该透明导电层的导电率逐渐增加；在X轴下端，该透明导电层导电率最小(最大方阻约30ohm/□)，而X轴上端，透明导电层导电率最大(最小方阻约为10ohm/□)。在镀下部的透明导电层时，氧气布气管的开孔分布恰好与上部的透明导电层相反，使得下部透明导电层沿着X轴正方向的导电率逐渐降低，如图6所示。
由于整体方阻相对增加以及方阻的渐进变化，加载同样的电压时，整体电流相对减少，因此对于同样的透明导电层方阻来讲，则需要的电压下降；另外由于渐进的方阻变化，使得越靠近边缘(即电流越大)的地方，方阻越小；同样根据欧姆定律：V＝I*R，△V＝△I*R，使得边缘区域由于透明导电层的方阻产生的压降减少，所以电势曲线呈现较小的斜率，所产生的电势曲线如图7所示；而加载在X轴方向各区域的实际电压则如图8所示；图7和图8中虚线为本发明电致变色器件的相关数据，实线为现有技术中电致变色器件的相关数据；Veff(0)为电致变色器件中线处的实际电压，Veff(1/2W)为电致变色器件X轴正向最边缘处的实际电压，Veff(-1/2W)为电致变色器件X轴负向最边缘处的实际电压。
由图7和图8可知，器件尺寸相同且加载电压相同的条件下，基于两个透明导电层采用方阻渐变方案的电致变色器件的实际电压明显增加，特别时电致变色器件的中央区域，之前较小的实际电压也由明显的增加，从而导致该区域的着色速度更快，着色深度更均匀，有效提高了电致变色器件的外观性能以及着色调光节能的性能。
为了进一步验证渐变式布气方案对大尺寸电致变色器件的影响，将10片1m*1m的电致变色器件，按照两种透明导电层镀膜布气方式生产，其中正常均匀氧气布气数量为5片，渐变氧气布气数量为5片。10片电致变色器件均以同样的方式加载2V恒定驱动电压，记录变色过程时间，并在着色最终稳定后开始测量其中间区域的透过率。
两组测试样品在着色稳定后的透过率如图9所示，着色时间如图10所示；在着色温度状态下，5片均匀氧气布气的电致变色器件透过率均值约2.9％，5片渐变氧气布气的电致变色器件透过率均值约1.38％，前者明显高于后者；因此采用渐变氧气布气方式生产的电致变色器件着色深度更深，隔光节能效果更好。
而且均匀布气组的整体着色时间要明显大于渐变氧气布气组，如图10中，前者的着色时间为25分钟，后者的着色时间为14.4分钟；因此，渐变布气方案可以有效加快电致变色器件的变色速度。
综合图9和图10，渐变布气方案可以有效提高大尺寸电致变色器件中间区域的着色深度，并显著加快其变色速度；从而解决了传统均匀式布气方案中，因为透明导电层压降问题产生的大尺寸电致变色器件中间区域变色慢、变色浅的问题。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种控制大尺寸全固态电致变色器件着色的工艺方法，所述电致变色器件包括第一透明导电层和第二透明导电层，其特征在于：
利用磁控溅射工艺在基板上镀第一透明导电层和第二透明导电层时，沿着第一透明导电层的阳极到阴极方向，所使用的氧气分压梯度逐渐减少，沿着第二透明导电层的阳极到阴极方向，所使用的氧气分压梯度逐渐增加；
磁控溅射工艺需要将靶材溅射到基板(3)上，通过布气管(1)将氧气输送至靶材(2)处，所述布气管上开设有气孔；沿着布气管的一端至另外一端，所述气孔的孔径以等差数列的形式进行变化。
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