DE202021002595U1 - Solid-state electrochromic device - Google Patents
Solid-state electrochromic device Download PDFInfo
- Publication number
- DE202021002595U1 DE202021002595U1 DE202021002595.2U DE202021002595U DE202021002595U1 DE 202021002595 U1 DE202021002595 U1 DE 202021002595U1 DE 202021002595 U DE202021002595 U DE 202021002595U DE 202021002595 U1 DE202021002595 U1 DE 202021002595U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- solid
- layer
- state
- electrochromic
- electrochromic device
- 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.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/01—Devices 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
- G02F1/15—Devices 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
- G02F1/1506—Devices 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
- G02F1/1508—Devices 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
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/01—Devices 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
- G02F1/15—Devices 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
- G02F1/1514—Devices 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
- G02F1/1523—Devices 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
Abstract
Elektrochrome Festkörper-Vorrichtung (10) , die umfasst
- ein transparentes elektrisch leitendes Substrat (1, 2) ,
- eine Metallhalogenid-Festkörperschicht (3), die mindestens ein Metallhalogenid enthält,
- eine Lithiumionen enthaltene Festkörperschicht (4), und
- eine transparente elektrischen leitende Deckschicht (5, 6) .
Solid state electrochromic device (10) comprising
- a transparent electrically conductive substrate (1, 2),
- A metal halide solid layer (3) which contains at least one metal halide,
- A solid layer (4) containing lithium ions, and
- A transparent, electrically conductive cover layer (5, 6).
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrochrome Festkörper-Vorrichtung, die für eine reversible Metallabscheidung und damit einen reversiblen Wechsel der optischen Transparenz im sichtbaren Spektralbereich bei Beaufschlagung mit verschiedenen elektrischen Spannungen konfiguriert ist. Die Erfindung betrifft auch technische Vorrichtungen, deren Bestandteil die elektrochrome Festkörper-Vorrichtung ist. Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung der elektrochromen Festkörper-Vorrichtung beschrieben.The invention relates to an electrochromic solid-state device which is configured for reversible metal deposition and thus a reversible change in optical transparency in the visible spectral range when different electrical voltages are applied. The invention also relates to technical devices of which the solid-state electrochromic device is a component. A method of manufacturing the solid-state electrochromic device is also described.
Elektrochrome Schichten, die durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen einem oxidierten und einem reduzierten Zustand schalten, wodurch sich ihre optische Transmission verändert, sind allgemein bekannt (siehe z. B.
Weitere Übergangsmetalloxid-Verbindungen, die elektrochrome Effekte zeigen und in Prototypen schon zum Einsatz gekommen sind, sind u.a. IrO2, MnO2, MoO3, NiO, Nb2O5 (siehe z.B.
Des Weiteren sind organische oder anorganisch/organische Redox-Systeme bekannt, bei denen ausgenutzt wird, dass zahlreiche organische Moleküle und konjugierte Polymere elektrochromes Verhalten zeigen. Typischerweise können organische elektrochrome Materialien mehrere Farben unter verschiedenen angelegten Spannungen bilden, was für mehrfarbige Displays sehr erwünscht ist. Viologene, 1,1'-disubstituierte4,4'-Bipyridiniumsalze, sind die mit Abstand am intensivsten untersuchten elektrochromen Materialien auf Basis kleiner Moleküle (siehe z. B.
Obwohl Metalle nicht die notwendigen unterschiedlichen Oxidationsstufen besitzen, die für einen inhärenten Elektrochromismus notwendig sind, wurden unkonventionelle elektrochrome Bauelemente entwickelt, die auf der reversiblen Abscheidung von Metall-Nanopartikein, wie z. B. Ag, Bi, Cu, Pb, Ni aus ihren gelösten Salzen basieren, was zu einer reversiblen Änderung der optischen Transparenz führt (siehe
Das besondere Interesse an diesen elektrochromen Systemen beruht auf ihrer sehr einfachen Bauelementarchitektur, bestehend aus einer Sandwichanordnung, die in der einfachsten Form aus zwei Glassubstraten besteht, die mit einer leitfähigen Schicht (z.B. ITO, AI) beschichtet sind, zwischen denen sich eine Lösung von Metallsalzen und leitfähigen Salzen befindet. Bislang wurde Schaltzyklen von 2500 (Ag+/Cu2+/TBABr-DMSO), 5500 (Cu2+, Pb2+/LiClO4) bzw. 100000 (Bi3+, Cu2+ in wässriger Lösung) beobachtet (siehe V. Rai et al., Adv. Eng. Mater. 2020, 22, 2000082, Tabelle 3).The particular interest in these electrochromic systems is based on their very simple component architecture, consisting of a sandwich arrangement, which in its simplest form consists of two glass substrates coated with a conductive layer (e.g. ITO, AI), between which there is a solution of metal salts and conductive salts. So far, switching cycles of 2500 (Ag + / Cu 2+ / TBABr-DMSO), 5500 (Cu 2+ , Pb 2+ / LiClO 4 ) or 100000 (Bi 3+ , Cu 2+ in aqueous solution) have been observed (see V. . Rai et al., Adv. Eng. Mater. 2020, 22, 2000082, Table 3).
Für die Erzielung neutralgrauer bzw. schwarzer Farbeigenschaften sind Ag-haltige Systeme, wie sie von
Die bisher beschriebenen elektrochromen Vorrichtungen auf Basis der reversiblen Abscheidung von Metallen haben den gravierenden Nachteil, dass die für den Redox-Prozess notwendigen Metallsalze bislang nur in Lösungen bzw. halbflüssigen Gelen eingesetzt werden, was die praktische Nutzung erschwert oder unmöglich macht, da für die typische Nutzung von elektrochromen Systemen (z. B. in so genannten Smart Windows, Displays) die Herstellung und Abdichtung großflächiger flüssiger Elektrolytschichten technologisch sehr schwierig ist, besonders auch dann, wenn diese elektrochromen Vorrichtungen auf flexiblen Trägern, z.B. für Sonnenschutzfolien applizieren werden sollen.The electrochromic devices described so far On the basis of the reversible deposition of metals, the serious disadvantage is that the metal salts required for the redox process have so far only been used in solutions or semi-liquid gels, which makes practical use difficult or impossible, since the typical use of electrochromic systems (e.g. B. in so-called smart windows, displays) the production and sealing of large-area liquid electrolyte layers is technologically very difficult, especially when these electrochromic devices are to be applied to flexible carriers, for example for sun protection films.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte elektrochrome Festkörper-Vorrichtung auf Basis der reversiblen Abscheidung von Metallen bereitzustellen, mit der Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden. Mit der elektrochromen Festkörper-Vorrichtung sollen insbesondere Beschränkungen durch die Verwendung von z. B. flüssigen Elektrolytlösungen oder halbflüssigen Polymergelen vermieden, ein Aufbau aus Festkörperschichten realisiert, und/oder verbesserte Anwendungseigenschaften, wie eine hohe Nutzungsdauer, eine hohe Zahl von Schaltzyklen und/oder einen hohen Transparenzkontrast, ermöglicht werden. Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, verbesserte technische Vorrichtungen bereitzustellen, die mit mindestens einer elektrochromen Festkörper-Vorrichtung ausgestattet sind und mit denen Nachteile herkömmlicher Vorrichtungen, in denen elektrochrome Festkörper-Vorrichtungen angewendet werden, vermieden werden.The object of the invention is to provide an improved electrochromic solid-state device based on the reversible deposition of metals, with which the disadvantages of conventional techniques are avoided. With the electrochromic solid-state device, restrictions due to the use of e.g. B. liquid electrolyte solutions or semi-liquid polymer gels are avoided, a structure made of solid layers is realized, and / or improved application properties, such as a long service life, a high number of switching cycles and / or a high transparency contrast, are made possible. The object of the invention is also to provide improved technical devices which are equipped with at least one electrochromic solid-state device and with which disadvantages of conventional devices in which electrochromic solid-state devices are used are avoided.
Diese Aufgaben werden durch eine elektrochrome Festkörper-Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch technische Vorrichtungen gelöst, die mit mindestens einer elektrochromen Festkörper-Vorrichtung gemäß Anspruch 1 ausgestattet sind.These objects are achieved by an electrochromic solid-state device with the features of
Gemäß einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine elektrochrome Festkörper-Vorrichtung (auch als elektrochromes Material bezeichnet) gelöst, die ein transparentes elektrisch leitendes Substrat, eine Metallhalogenid-Festkörperschicht, die mindestens ein Metallhalogenid enthält, eine Lithiumionen enthaltene Festkörperschicht, und eine transparente elektrischen leitende Deckschicht umfasst. Die genannten Schichten des elektrochromen Materials bilden einen Schichtstapel, wobei das Substrat und die Deckschicht den Schichtstapel an zwei Hauptflächen begrenzen. Die genannten Schichten, insbesondere die inneren Festkörperschichten können Einzelschichten sein oder aus mehreren Teilschichten aufgebaut sein. Die elektrochrome Festkörper-Vorrichtung kann weitere Schichten umfassen, die z. B. für Schutzfunktionen oder eine Einfärbung, vorgesehen sind, wobei die elektrochrome Festkörper-Vorrichtung vorzugsweise ausschließlich aus Festkörperschichten besteht, d. h. frei von Flüssigkeiten und/oder Gelen ist.According to a first general aspect of the invention, the object is achieved by an electrochromic solid-state device (also referred to as an electrochromic material) which comprises a transparent electrically conductive substrate, a metal halide solid layer containing at least one metal halide, a solid layer containing lithium ions, and a comprises transparent electrically conductive cover layer. The said layers of the electrochromic material form a layer stack, the substrate and the cover layer delimiting the layer stack on two main surfaces. The layers mentioned, in particular the inner solid layers, can be individual layers or be made up of several sub-layers. The solid-state electrochromic device may comprise further layers, e.g. B. for protective functions or coloring, are provided, wherein the electrochromic solid-state device preferably consists exclusively of solid layers, d. H. is free of liquids and / or gels.
Mit der Erfindung wird insbesondere eine elektrochrome Festkörper-Vorrichtung geschaffen, die mehrere anorganische, aus der Gasphase abgeschiedene Schichten umfasst und bei der durch Anlegen von unterschiedlichen elektrischen Spannungen eine reversible Abscheidung von Metall, insbesondere Silber, und damit ein Wechsel der optischen Transparenz im sichtbaren Spektralbereich erreicht wird.In particular, the invention creates an electrochromic solid-state device which comprises several inorganic layers deposited from the gas phase and in which, by applying different electrical voltages, a reversible deposition of metal, in particular silver, and thus a change in optical transparency in the visible spectral range is achieved.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Metallhalogenid in der Metallhalogenid-Festkörperschicht geeignet, durch Anlegen von verschiedenen elektrischen Spannungen, insbesondere Gleichspannungen mit entgegengesetzten Vorzeichen, zwischen dem Substrat und der Deckschicht eine reversible Metallabscheidung zu erzielen. Das Anlegen einer elektrischen Spannung bezieht sich auf die Beaufschlagung des Substrats und der Deckschicht mit elektrischen Spannungen, wobei bei einer ersten Spannung die Metallabscheidung erfolgt und bei einer zweiten Spannung die Metallabscheidung umgekehrt und das Metall in einen gebunden Zustand überführt wird.The at least one metal halide in the metal halide solid layer is preferably suitable for achieving reversible metal deposition between the substrate and the cover layer by applying different electrical voltages, in particular direct voltages with opposite signs. The application of an electrical voltage refers to the application of electrical voltages to the substrate and the cover layer, with the metal being deposited with a first voltage and the metal deposition being reversed with a second voltage and the metal being converted into a bonded state.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Metallhalogenid-Festkörperschicht Silberchlorid. Silberchlorid bietet besondere Vorteile für die Herstellung der Metallhalogenid-Festkörperschicht und die elektrochromen Eigenschaften der elektrochromen Festkörper-Vorrichtung. Besonders bevorzugt besteht die Metallhalogenid-Festkörperschicht aus Silberchlorid. Die Dicke der Silberchlorid enthaltenden oder aus Silberchlorid bestehenden Festkörperschicht ist vorteilhafterweise im Bereich von 100 nm bis 300 nm gewählt.According to a preferred embodiment of the invention, the metal halide solid layer contains silver chloride. Silver chloride offers particular advantages for the fabrication of the metal halide solid layer and the electrochromic properties of the solid state electrochromic device. The metal halide solid layer is particularly preferably composed of silver chloride. The thickness of the solid layer containing silver chloride or consisting of silver chloride is advantageously selected in the range from 100 nm to 300 nm.
Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung enthält die Metallhalogenid-Festkörperschicht LiCI (besonders bevorzugt 5 bis 20 wt-%) und/oder CuCl (besonders bevorzugt 5 bis 20 wt-%).According to further preferred embodiments of the invention, the metal halide solid layer contains LiCl (particularly preferably 5 to 20 wt%) and / or CuCl (particularly preferably 5 to 20 wt%).
Vorzugsweise umfasst die Lithiumionen enthaltene Festkörperschicht eine Schicht aus mindestens einem von LiCI, LiBO2, LlBO2/LiF (3:2), Li30Cl, LiAIF4 , LiNbO3, LIBSO (LiBO2/Li2SO4), LIPON (Lithium-phosphoroxynitrid), besonders bevorzugt mit einer Dicke im Bereich von 100 nm bis 300 nm,.The solid layer containing lithium ions preferably comprises a layer of at least one of LiCI, LiBO2, LlBO2 / LiF (3: 2), Li30Cl, LiAlIF4, LiNbO3, LIBSO (LiBO2 / Li2SO4), LIPON (lithium phosphoroxynitride), particularly preferably with a thickness in the range from 100 nm to 300 nm ,.
Die Lithiumionen enthaltene Festkörperschicht kann gemäß weiteren Varianten der Erfindung CuCl (besonders bevorzugt 5 bis 20 wt-%) und/oder TiO2 (besonders bevorzugt 5 bis 20 wt-%) enthalten.According to further variants of the invention, the solid layer containing lithium ions can contain CuCl (particularly preferably 5 to 20 wt%) and / or TiO 2 (particularly preferably 5 to 20 wt%).
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektrisch leitende Schicht eine ITO-Schicht (Indiumzinnoxid), besonders bevorzugt mit einer Dicke im Bereich von 100 nm bis 200 nm, auf einem transparenten Träger. ITO hat besondere Vorteile aufgrund seiner Transparenz, Stabilität und elektrischen Leitfähigkeit. Optional kann auf der ITO-Schicht eine TiO2-Schicht, insbesondere mit einer Dicke im Bereich von 20 nm bis 50 nm, angeordnet sein.According to a further preferred embodiment of the invention, the electrically conductive layer comprises an ITO layer (indium tin oxide), particularly preferably with a thickness in the range from 100 nm to 200 nm, on a transparent carrier. ITO has particular advantages due to its transparency, stability and electrical conductivity. Optionally, a TiO 2 layer, in particular with a thickness in the range from 20 nm to 50 nm, can be arranged on the ITO layer.
Vorteilhafterweise kann der transparente Träger Glas oder ein transparentes Polymer-Material umfassen.The transparent carrier can advantageously comprise glass or a transparent polymer material.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zahlreiche Anwendungen der elektrochromen Festkörper-Vorrichtung verfügbar sind. Die elektrochrome Festkörper-Vorrichtung kann z. B. Teil von einem Lichtfilter, einer Lichtschutz-Einrichtung oder einer Anzeigeeinrichtung sein. Die elektrochrome Festkörper-Vorrichtung kann ein Fenster, z. B. von einem Bauwerk oder einem Transportmittel, wie z. B. einem Schiff, einem Flugzeug oder einem Fahrzeug sein. Eine technische Vorrichtung, die mindestens eine elektrochrome Festkörper-Vorrichtung gemäß der Erfindung aufweist, stellt einen unabhängigen Gegenstand der Erfindung dar.Another advantage of the invention is that numerous uses of the solid-state electrochromic device are available. The solid-state electrochromic device may e.g. B. be part of a light filter, a light protection device or a display device. The solid-state electrochromic device may include a window, e.g. B. from a building or a means of transport, such. B. be a ship, an airplane or a vehicle. A technical device which has at least one electrochromic solid-state device according to the invention represents an independent subject matter of the invention.
Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochromen Festkörper-Vorrichtung, insbesondere der erfindungsgemäßen elektrochromen Festkörper-Vorrichtung beschrieben, das die folgenden Schritte umfasst. Es erfolgt die Bereitstellung eines transparenten Trägers. Der Träger wird mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung, z. B. ITO, beschichtet. Die Beschichtung des Trägers erfolgt vorzugsweise durch Sputtern. Es erfolgt die Abscheidung einer Metallhalogenid-Festkörperschicht, vorzugsweise aus der Gasphase durch thermische Verdampfung im Hochvakuum, optional gemeinsam mit CuCI oder LiCl. Es erfolgt die Abscheidung einer Lithiumionen enthaltenden Festkörperschicht, vorzugsweise aus der Gasphase durch thermische Verdampfung im Hochvakuum oder durch Sputtern, optional gemeinsam mit CuCI oder TiO2. Des Weiteren erfolgt die Abscheidung einer elektrisch leitfähigen Deckschicht. Schließlich ist einer Kontaktierung des Substrats und der Deckschicht vorgesehen.A method for producing an electrochromic solid-state device, in particular the electrochromic solid-state device according to the invention, is also described, which comprises the following steps. A transparent carrier is provided. The carrier is coated with an electrically conductive coating, e.g. B. ITO coated. The carrier is preferably coated by sputtering. A metal halide solid layer is deposited, preferably from the gas phase by thermal evaporation in a high vacuum, optionally together with CuCl or LiCl. A solid layer containing lithium ions is deposited, preferably from the gas phase by thermal evaporation in a high vacuum or by sputtering, optionally together with CuCl or TiO 2 . Furthermore, an electrically conductive cover layer is deposited. Finally, contact is made between the substrate and the cover layer.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigt
-
1 : eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus einer elektrochromen Festkörper-Vorrichtung gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
-
1 : a schematic representation of the layer structure of an electrochromic solid-state device according to preferred embodiments of the invention.
Erfindungsgemäß wird für die elektrochrome Festkörper-Vorrichtung
Die elektrochrome Festkörper-Vorrichtung
Die Herstellung der elektrochromen Festkörper-Vorrichtung
- (S1)
Leitfähige Schicht 1, 2: Planares Glas oder eine Folie wird (wenn nicht kommerzielle ITO-beschichtete Substrate verwendet werden) durch thermisches Verdampfung oder Sputtern von Indiumzinnoxid (90:10) mit einer 100 nm bis 200 nm dicken ITO-Schicht 2 beschichtet. Alternative leitfähige aufdampfbare Beschichtungen sind z.B. mit Fluor dotiertes Zinn(IV)-oxid (FTO) oder mit Aluminium dotiertes Zinkoxid (ZnO:Al). Günstig für die S1-ITO-Schicht 2 ist eine gewisse Rauigkeit der Schicht, um den Schwärzungsgrad des abgeschiedenen Silbers zu erhöhen und Spiegelungseffekte zu reduzieren. Dies kann z.B. durch höhere Schichtdicken (die Rauigkeit der ITO-Schicht 2 nimmt mit der Wurzel aus der Schichtdicke zu) erreicht werden, oder dadurch, dass auf dem ITO-Glas aus der Gasphase eine dünne 20 nm bis 50 nm dicke TiO2-Schicht abgeschieden wird. Die TiO2-Schicht bietet zudem den Vorteil, die Photolyse von AgCI durch UV-Licht zu verringern. - (S2) Elektrochrome Schicht 3: Thermische Abscheidung von AgCI und CuCI aus der Gasphase im Hochvakuum ist seit langem bekannt (siehe z. B.
M. Cardona, Phys.Rev. 129 (1963) 2 (S1) abgeschieden werden.Schicht 3 kann eine reine AgCI-Schicht sein. Zur Verbesserung des Schaltverhaltens sind die folgenden Varianten einzeln oder in Kombination verfügbar.- (i) Zumischung von maximal 20 wt-% LiCl zur AgCI-Schicht durch eine Mehrquellenverdampfung, wodurch die Dispersität des abgeschiedenen Silbers erhöht wird, und/oder
- (ii) Zumischung von maximal 20% wt- CuCl als Redoxmediator zur AgCI-Schicht, wodurch die Schaltgeschwindigkeit, insbesondere die Auflösung des Silbers, in der Rückreaktion beschleunigt wird.
- (S3) lonenleiter- / Ionenspeicherschicht
4 : Da die elektrochemischen Schaltvorgänge stark mit der Wanderung von Ionen und Ladungsträgern verbunden sind, ist analog zur ElektrolytLösung In flüssigen Zellen eine Schicht mit ionenleitenden bzw. ionenspeichernden Eigenschaften vorgesehen. Hierzu eignen sich thermisch verdampfbare oder sputterbare Lithium-Verbindungen, in einfachstem Fall LiCI mit Schichtdicken zwischen 100 nm und 300 nm. Des Weiteren sind verdampfbare Lithium-Verbindungen mit einer hohen lonenleitfäigkeit wie LiBO2, LlBO2/LiF (3:2), Li3OCl, LiAlF4 (durch thermische Verdampfung) sowie LiNbO3, LIBSO (LiBO2/Li2SO4), LIPON (Lithium-phosphoroxynitrid) (durch RF bzw. Magnetron sputtering) als ionenleitende Schicht geeignet. Man kann die Herstellung der Lithiumsalz-Schichten noch verbinden mit der zusätzlichen Zumischung des Redoxmediators CuCl und/oder der Zumischung von TiO2, das neben seiner UV-schützenden Wirkung als Ionen-Speicher bekannt ist. - (S4) ITO-Kontaktschicht
5 : Die Fertigstellung der elektrochromen Festkörper-Vorrichtung 10 erfolgt durch Kontaktierung mit einer ITO-Schicht 5 auf einem tranparenten Träger6 .
- (S1)
Conductive layer 1, 2: Planar glass or a film is (if non-commercial ITO-coated substrates are used) by thermal evaporation or sputtering of indium tin oxide (90:10) with a 100 nm to 200 nmthick ITO layer 2 coated. Alternative conductive vapor-deposition coatings are, for example, tin (IV) oxide (FTO) doped with fluorine or zinc oxide (ZnO: Al) doped with aluminum. A certain roughness of the layer is favorable for theS1 ITO layer 2 in order to increase the degree of blackening of the deposited silver and to reduce reflective effects. This can be achieved, for example, through higher layer thicknesses (the roughness of theITO layer 2 increases with the root of the layer thickness), or by depositing a thin 20 nm to 50 nm thick TiO 2 layer on the ITO glass from the gas phase. The TiO 2 layer also offers the advantage of reducing the photolysis of AgCI by UV light. - (S2) Electrochromic layer 3: Thermal deposition of AgCI and CuCI from the gas phase in a high vacuum has been known for a long time (see e.g.
M. Cardona, Phys. Rev. 129 (1963) 2 (S1) are deposited.layer 3 can be a pure AgCI layer. To improve the switching behavior, the following variants are available individually or in combination.- (i) Admixture of a maximum of 20 wt% LiCl to the AgCl layer by multi-source evaporation, which increases the dispersity of the deposited silver, and / or
- (ii) Admixture of a maximum of 20% wt-CuCl as redox mediator to the AgCl layer, whereby the switching speed, in particular the dissolution of the silver, is accelerated in the reverse reaction.
- (S3) ion conductor / ion storage layer
4th : Since the electrochemical switching processes are strongly linked to the migration of ions and charge carriers, a layer with ion-conducting or ion-storing properties is provided in liquid cells, analogous to the electrolyte solution. Thermally vaporizable or sputterable lithium compounds are suitable for this, in the simplest case LiCI with layer thicknesses between 100 nm and 300 nm. Furthermore, vaporizable lithium compounds with a high ionic conductivity such as LiBO2, LIBO 2 / LiF (3: 2), Li 3 are suitable OCl, LiAlF 4 (by thermal evaporation) as well as LiNbO 3 , LIBSO (LiBO 2 / Li 2 SO 4 ), LIPON (lithium phosphoroxynitride) (by RF or magnetron sputtering) are suitable as ion-conducting layers. The production of the lithium salt layers can also be combined with the additional admixture of the redox mediator CuCl and / or the admixture of TiO 2 , which, in addition to its UV-protective effect, is known as an ion store. - (S4) ITO contact layer
5 : The completion of the solid-state electrochromic device 10 takes place by contacting anITO layer 5 on a transparent carrier6th .
Im Folgenden wird die Schaltwirkung der elektrochromen Festkörper-Vorrichtung
Die Vorteile der erfindungsgemäßen elektrochromen Festkörper-Vorrichtung bestehen gegenüber dem Stand der Technik in Folgendem:
- 1. Erstmalige Nutzung des Prinzips der reversiblen Abscheidung von Metallen in elektrochromen Festkörper-Vorrichtungen;
- 2. Nutzung einer dünnen Silberchlorid-Festkörperschicht als elektrochrome Schicht;
- 3. Verzicht auf Elektrolytlösungen und halbflüssigen Gelen, die eine erforderliche Mehrschicht-Technologie schwierig und störanfällig machen;
- 4. Minimaler Einsatz einfacher Rohstoffe und Nutzung einer etablierten umweltfreundlichen Technologie, die Maßstabsvergrößerungen und die Nutzung unterschiedlicher, auch flexibler Substrate problemlos erlaubt.
- 5. Ausweitung des Prinzips der reversiblen Abscheidung von Metallen zur Herstellung elektrochromer Festkörper-Vorrichtungen auch auf andere Metallabscheidungen wie Bi, Pb prinzipiell möglich.
- 1. First use of the principle of reversible deposition of metals in solid-state electrochromic devices;
- 2. Use of a thin solid layer of silver chloride as an electrochromic layer;
- 3. Avoidance of electrolyte solutions and semi-liquid gels, which make the required multilayer technology difficult and prone to failure;
- 4. Minimal use of simple raw materials and use of an established, environmentally friendly technology that allows for scaling up and the use of different, even flexible substrates without any problems.
- 5. Extension of the principle of the reversible deposition of metals for the production of electrochromic solid-state devices to other metal depositions such as Bi, Pb is possible in principle.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination oder Unterkombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.The features of the invention disclosed in the above description, the drawings and the claims can be of importance both individually and in combination or sub-combination for the implementation of the invention in its various embodiments.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- US 3704057 [0003]US 3704057 [0003]
- WO 2004/067673 [0004]WO 2004/067673 [0004]
- DE 102008049543 [0004]DE 102008049543 [0004]
- DE 60200400158 [0004]DE 60200400158 [0004]
Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
- V. Rai et al., Adv. Eng. Mater. 2020, 22, 2000082 [0002]V. Rai et al., Adv. Eng. Mater. 2020, 22, 2000082 [0002]
- X. Tao et al., Adv. Optical Mater. 2021, 2001847 [0005]X. Tao et al., Adv. Optical Mater. 2021, 2001847 [0005]
- S. Araki et al. (Adv. Mater., vol. 24, pp. OP122-OP126, 2012) [0007]S. Araki et al. (Adv. Mater., Vol. 24, pp. OP122-OP126, 2012) [0007]
- M. Cardona, Phys.Rev. 129 (1963) [0025]M. Cardona, Phys. Rev. 129 (1963) [0025]
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202021002595.2U DE202021002595U1 (en) | 2021-08-05 | 2021-08-05 | Solid-state electrochromic device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202021002595.2U DE202021002595U1 (en) | 2021-08-05 | 2021-08-05 | Solid-state electrochromic device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202021002595U1 true DE202021002595U1 (en) | 2021-08-31 |
Family
ID=77750017
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE202021002595.2U Active DE202021002595U1 (en) | 2021-08-05 | 2021-08-05 | Solid-state electrochromic device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202021002595U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114859613A (en) * | 2022-01-25 | 2022-08-05 | 吉林大学 | Liquid electrolyte and preparation method thereof, electrochromic device and preparation method thereof |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3704057A (en) | 1971-06-02 | 1972-11-28 | American Cyanamid Co | Electrochromic device having identical display and counter electrode materials |
WO2004067673A1 (en) | 2003-01-31 | 2004-08-12 | Ntera Limited | Electrochromic compounds |
DE102008049543A1 (en) | 2008-09-30 | 2010-04-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Electrochromic formulation and electrochromic organic device |
-
2021
- 2021-08-05 DE DE202021002595.2U patent/DE202021002595U1/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3704057A (en) | 1971-06-02 | 1972-11-28 | American Cyanamid Co | Electrochromic device having identical display and counter electrode materials |
WO2004067673A1 (en) | 2003-01-31 | 2004-08-12 | Ntera Limited | Electrochromic compounds |
DE102008049543A1 (en) | 2008-09-30 | 2010-04-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Electrochromic formulation and electrochromic organic device |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
M. Cardona, Phys.Rev. 129 (1963) |
S. Araki et al. (Adv. Mater., vol. 24, pp. OP122-OP126, 2012) |
V. Rai et al., Adv. Eng. Mater. 2020, 22, 2000082 |
X. Tao et al., Adv. Optical Mater. 2021, 2001847 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114859613A (en) * | 2022-01-25 | 2022-08-05 | 吉林大学 | Liquid electrolyte and preparation method thereof, electrochromic device and preparation method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3008768C2 (en) | Electrochromic mirror | |
DE3851011T2 (en) | Electrochromic window with a counter electrode designed as a metal grid. | |
DE69116992T2 (en) | Electrochromic window | |
DE602004001508T2 (en) | ELECTROCHROMIC DISPLAY DEVICE | |
KR102010733B1 (en) | Electrochromic device | |
DE69333252T2 (en) | ELECTROCHROME DEVICE | |
EP2681620B1 (en) | Stable electrochromic module | |
US8503059B2 (en) | Electrochromic thin film transistors with lateral or vertical structure using functionalized or non-functionalized substrates and method of manufacturing same | |
DE69221493T2 (en) | ELECTROCHROME DEVICE WITH BREAKING INDEX ADAPTED STRUCTURE | |
US5293546A (en) | Oxide coated metal grid electrode structure in display devices | |
EP1218794B1 (en) | Electrochromic element | |
DE3886609T2 (en) | Cell for light modulation. | |
DE60214833T2 (en) | ELECTROCHROMICAL DEVICE | |
DE69419045T2 (en) | Electrochromic glass pane and its application in vehicles and construction | |
DE69709710T2 (en) | ELECTROCHROME OR PHOTOELECTROCHROME DEVICE | |
JP6098143B2 (en) | Electrochromic display device and method of manufacturing electrochromic display device | |
EP0942061B1 (en) | Electrochromic device based on poly (3,4-dioxythiophene) derivatives | |
EP3182198A1 (en) | Electrochromic device and electrochromic dimming device | |
KR20170104944A (en) | Electrochromic device | |
DE102018107480A1 (en) | Reversible electrochemical mirror | |
EP0961157A2 (en) | Electrochromic device with a counter electrode of lithium niobate | |
DE69132341T2 (en) | Solid state electrochromic device | |
DE202021002595U1 (en) | Solid-state electrochromic device | |
DE2846101A1 (en) | ELECTROCHROME DEVICE AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION | |
WO2020033506A1 (en) | Multi-layer optical materials systems and methods of making the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R086 | Non-binding declaration of licensing interest | ||
R207 | Utility model specification |