CN117471803A - 一种电致变色器件结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电致变色器件结构及其制备方法，该结构由下至上依次包括有透明基底、第一透明电极、变色层、离子导体层、互补变色层与第二透明电极，其中第一透明电极与第二透明电极均连接有金属引线；所述第一透明电极由沉积在透明基底上的若干条透明电极条带组成，相邻的两个透明电极条带之间相互不接触；所述第一透明电极中的每一透明电极条带的一端通过金属引线与透明基底上的金属引出电极相连接；第二透明电极与透明基底另外一金属引出电极相连接。本发明通过对大面积电致变色器件进行分区施加电压，同时协同作用，向变色层不同区域同时提供变色所需电荷，增加器件的变色过程中整体的电荷量，进而提升电致变色响应速率。
Description
技术领域
本发明属于电致变色技术领域，具体的，涉及一种电致变色器件结构及其制备方法。
背景技术
电致变色器件是一种通过外加电压可以主动调节其对可见光的透过状态的器件，通常以透明介质为基底，最常用的是玻璃以及PET，PMMA等有机透明基底。器件包含基底以及沉积在基底上的功能膜层，从基底面往外依次是第一透明电极、变色层、离子导体层、离子存储层和第二透明电极，可用于显示，防眩光器件，建筑幕墙及窗户等。用于建筑上可以主动调节光透过率的特性可根据室外温度和光照环境调节玻璃幕墙和窗的可见光透过性，从而维持室内的适宜的明亮度和温度等，减少照明甚至空调系统的使用，实现节能减排等效果。
衡量电致变色器件性能的参数主要包括光学对比度、变色响应时间、着色效率以及循环稳定性等。目前电致变色器件已经具有较好的光学对比度和循环稳定性，然而在制备成较大面积的器件时，变色响应速率明显下降，成为制约其商业应用的一个显著因素。专利CN115202120A通过加热层加热离子导体层，提高离子电导率进而提高变色响应速率，然而加热会增加能耗。专利CN116300231A通过制备有序结构的电致变色层缩短离子迁移距离，来提高电致变色器件的转变速率。为实现器件功能膜层需要有一定的厚度，因此迁移距离缩短有限。专利CN108490712A将大器件分隔成数个小器件的方式提升电致变色器件的变色速率，此种方法每个小器件中间会有不变色的空隙区域，损失了一部分的有效变色面积，为了解决上述问题，提供一种能够提升电致变色响应速率的电致变色器件，本发明提供了以下技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电致变色器件结构及其制备方法，解决现有技术中大尺寸电致变色器件变色响应速率慢的问题，通过合理的膜层结构设计，提高电致变色器件的变色响应速率。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种电致变色器件结构，由下至上依次包括有透明基底、第一透明电极、变色层、离子导体层、互补变色层与第二透明电极，其中第一透明电极与第二透明电极均连接有金属引线；
所述第一透明电极由沉积在透明基底上的若干条透明电极条带组成，相邻的两个透明电极条带之间相互不接触；
所述第一透明电极中的每一透明电极条带的一端通过金属引线与透明基底上的金属引出电极相连接；
第二透明电极与透明基底另外一金属引出电极相连接。
作为本发明的进一步方案，透明电极条带与透明基底一侧边平行，透明电极条带具有相同的长度和宽度，彼此之间并列平行分布，彼此间具有相等的距离。
作为本发明的进一步方案，透明基底为矩形，透明电极条带与透明基底较窄的一侧边平行。
作为本发明的进一步方案，第二透明电极为一均匀覆盖在互补变色层上的膜层。
作为本发明的进一步方案，第二透明电极的结构设计与第一透明电极相同。
作为本发明的进一步方案，该结构的制备方法包括如下步骤：
S1、在清洁的透明基底表面进行磁控溅射法镀膜，制备透明电极条带，形成第一透明电极；
S2、在第一透明电极表面进行变色层的沉积，采用掩膜版遮挡住第一透明电极中透明电极条带的一端，留出未被变色层薄膜覆盖的部分；
S3、在变色层表面进行离子导体层制备，离子导体层覆盖变色层，而不会覆盖第一透明电极预留未被变色层覆盖的部分；
S4、在离子导体层表面制备互补变色层。互补变色层覆盖离子导体层，而不会覆盖预留未被覆盖的透明电极条带部分；
S5、在互补变色层表面制备第二透明电极，第二透明电极覆盖互补变色层，而不会覆盖预留未被覆盖的透明电极条带部分；
S6、对第一透明电极中的每个透明电极条带中未被覆盖的一端引出金属引线；
S7、从第二透明电极表面引出金属引线。
本发明的有益效果：
本发明通过对大面积电致变色器件进行分区施加电压，同时协同作用，向变色层不同区域同时提供变色所需电荷，增加器件的变色过程中整体的电荷量，进而提升电致变色响应速率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为当第二透明电极与第一透明电极相同时电致变色器件结构的俯视图；
图2为当第二透明电极为膜层时电致变色器件结构的俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种电致变色器件结构，如图1所示，由下至上依次包括有透明基底1、第一透明电极、变色层、离子导体层、互补变色层3与第二透明电极，其中第一透明电极与第二透明电极均连接有金属引线4；
所述第一透明电极由沉积在透明基底1上的若干条透明电极条带2组成，相邻的两个透明电极条带2之间相互不接触；
变色层、离子导体层和互补变色层3依次沉积在第一透明电极上。
实施例2
透明电极条带2与透明基底1一侧边平行，透明电极条带2具有相同的长度和宽度，彼此之间并列平行分布，彼此间具有相等的距离，相邻两个透明电极条带2之间的距离范围为1微米到1000微米。
实施例3
透明基底1为矩形，透明电极条带2与透明基底1较窄的一侧边平行，透明电极条带2的长度与透明基底1的宽度相同，所有透明条带的宽度以及各相邻透明条带之间的间隙宽度之和与透明基底1的长度相同。
实施例4
如图2所示，第二透明电极为一均匀覆盖在互补变色层3上的膜层。
实施例5
第二透明电极的结构设计与第一透明电极相同。
实施例6
所述第一透明电极中的每一透明电极条带2的一端通过金属引线4与透明基底1上的金属引出电极5相连接；
第二透明电极与透明基底1另外一金属引出电极5相连接；
通过金属引出电极5在第一透明电极和第二透明电极之间施加外加电压，实现电致变色器件的褪色和着色状态的控制。
实施例7
一种电致变色器件结构的制备方法如下：
S1、采用物理掩膜版，在清洁的透明基底1表面进行磁控溅射法镀膜，制备具有一系列平行且彼此之间不连接的透明电极条带2，形成第一透明电极，透明电极条带2的宽度和间隔如前实施例所述。第一透明电极为氧化铟锡(ITO)；
S2、在第一透明电极表面进行变色层的沉积，变色层可以为WO3，MoO3，TiO2等无机氧化物，变色层可以采用溶胶-凝胶法，磁控溅射法，化学气相沉积等方法制备。采用掩膜版遮挡住第一透明电极中透明电极条带2的一端，留出未被变色层薄膜覆盖的部分，未被覆盖的尺寸5-20mm(用于连接金属引线4)；
S3、在变色层表面进行离子导体层制备，离子导体层可以是LiTaO3，LiNbO3等陶瓷电解质；也可以是其他含锂离子的聚合物凝胶等。陶瓷电解质可以采用磁控溅射法制备。离子导体层恰好覆盖变色层，而不会覆盖第一透明电极预留未被变色层覆盖的部分；
S4、在离子导体层表面制备互补变色层3。互补变色层3可以是NiO，普鲁士蓝等，可以采用磁控溅射或者层压技术制备。互补变色层3恰好覆盖离子导体层，而不会覆盖第一透明电极预留未被变色层覆盖的部分；
S5、在互补变色层3表面制备第二透明电极，第二透明电极可以为ITO，FTO，AZO等，优选为ITO。第二透明电极恰好覆盖互补变色层3，而不会覆盖第一透明电极预留未被变色层覆盖的部分；
S6、对第一透明电极中的每个透明电极条带2中未被覆盖的一端引出金属引线4，金属引线4可以是金属铜、银或者铝等；
S7、从第二透明电极表面引出金属引线4，导线可以是铜、银或者铝等。
实施例8
S11、在清洁的透明基底1表面涂覆光刻胶，进行光刻并清洗，在透明基底1表面留下覆盖光刻胶的区域和未覆盖光刻胶的条带区域，采用磁控溅射法在未覆盖光刻胶的条带区域沉积制备第一透明电极，完成后清洗剩余光刻胶。条带区域的宽度为基底有效变色区域长度除去间隔宽度后的二分之一，间隔宽度取为1mm。第一透明电极为氧化铟锡(ITO)。磁控溅射沉积第一透明电极的工艺为：采用射频磁控溅射，溅射功率为1200W，溅射气氛为氩气氧气混合气体，氧比和氩气流量比1:20，溅射在300℃下进行；其厚度为300nm；
S12、采用反应磁控溅射法在第一透明电极表面沉积变色层WO3薄膜，其中射频功率为1000W，溅射气氛为氧氩混合气，其中氧气氩气流量比为1:10，温度为室温，WO3薄膜厚度为300nm；
S13、采用磁控溅射法制备离子导体层LiTaO3膜层，具体工艺为，射频功率1200W，溅射气氛氧气和氩气混合气体，氧气氩气流量比为1:20，温度为室温，溅射薄膜厚度为300nm；
S14、采用反应磁控溅射法制备互补变色层3NiO膜层，具体工艺为，射频功率1000W，溅射气氛为氧气和氩气混合气体，氧气氩气流量比为1:15，温度为室温，溅射薄膜厚度200nm；
S15、采用磁控溅射法制备第二透明电极，第二透明电极为氧化铟锡(ITO)，采用射频磁控溅射，溅射功率为1000-1200W，溅射气氛为氩气氧气混合气体，氧比和氩气流量比1:20，溅射在300℃下进行。其厚度为300nm；
S16、在第一透明电极未被薄膜覆盖的一端，胶贴铜导电胶带电极，在第二透明电极表面胶贴铜导电胶带电极。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种电致变色器件结构，其特征在于，由下至上依次包括有透明基底(1)、第一透明电极、变色层、离子导体层、互补变色层(3)与第二透明电极，其中第一透明电极与第二透明电极均连接有金属引线(4)；
所述第一透明电极由沉积在透明基底(1)上的若干条透明电极条带(2)组成，相邻的两个透明电极条带(2)之间相互不接触；
所述第一透明电极中的每一透明电极条带(2)的一端通过金属引线(4)与透明基底(1)上的金属引出电极(5)相连接；
第二透明电极与透明基底(1)另外一金属引出电极(5)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种电致变色器件结构，其特征在于，透明电极条带(2)与透明基底(1)一侧边平行，透明电极条带2具有相同的长度和宽度，彼此之间并列平行分布，彼此间具有相等的距离。
3.根据权利要求2所述的一种电致变色器件结构，其特征在于，透明基底(1)为矩形，透明电极条带(2)与透明基底(1)较窄的一侧边平行。
4.根据权利要求1所述的一种电致变色器件结构，其特征在于，第二透明电极为一均匀覆盖在互补变色层(3)上的膜层。
5.根据权利要求1所述的一种电致变色器件结构，其特征在于，第二透明电极的结构设计与第一透明电极相同。
6.根据权利要求1所述的一种电致变色器件结构，其特征在于，该结构的制备方法包括如下步骤：
S1、在清洁的透明基底1表面进行磁控溅射法镀膜，制备透明电极条带(2)，形成第一透明电极；
S2、在第一透明电极表面进行变色层的沉积，采用掩膜版遮挡住第一透明电极中透明电极条带(2)的一端，留出未被变色层薄膜覆盖的部分；
S3、在变色层表面进行离子导体层制备，离子导体层覆盖变色层，而不会覆盖第一透明电极预留未被变色层覆盖的部分；
S4、在离子导体层表面制备互补变色层(3)，互补变色层(3)覆盖离子导体层，而不会覆盖预留未被覆盖的透明电极条带(2)部分；
S5、在互补变色层(3)表面制备第二透明电极，第二透明电极覆盖互补变色层(3)，而不会覆盖预留未被覆盖的透明电极条带(2)部分；
S6、对第一透明电极中的每个透明电极条带(2)中未被覆盖的一端引出金属引线(4)；
S7、从第二透明电极表面引出金属引线(4)。
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