EP2047326A2 - Dispositif electrochimique, et/ou electrocommandable du type vitrage et a proprietes optiques et/ou energetiques variables - Google Patents

Dispositif electrochimique, et/ou electrocommandable du type vitrage et a proprietes optiques et/ou energetiques variables

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Publication number
EP2047326A2
EP2047326A2 EP07823645A EP07823645A EP2047326A2 EP 2047326 A2 EP2047326 A2 EP 2047326A2 EP 07823645 A EP07823645 A EP 07823645A EP 07823645 A EP07823645 A EP 07823645A EP 2047326 A2 EP2047326 A2 EP 2047326A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
glazing
ions
type
electrochemical
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.)
Withdrawn
Application number
EP07823645A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Emmanuel Valentin
Samuel Dubrenat
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.)
Sage Electrochromics Inc
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
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 Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Publication of EP2047326A2 publication Critical patent/EP2047326A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • G02F1/1514—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
    • G02F1/1524—Transition metal compounds
    • G02F1/15245—Transition metal compounds based on iridium oxide or hydroxide
    • 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
    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/16—Materials and properties conductive

Definitions

  • the subject of the present invention is an electro-chemical and / or electrically-controllable device of the glazing type and with variable optical and / or energy properties .
  • glazings There is in fact currently an increased demand for so-called “smart" glazings that are capable of adapt to the needs of users.
  • “intelligent” B windows this may be the control of the solar input through glazings mounted outdoors in buildings or vehicles of the car, train or airplane type (porthole for example). is to be able to limit an excessive heating inside the cockpits / premises, but only in case of strong sunshine.
  • glazing can also be the control of the degree of vision through glazing, especially in order to obscure them, to make them diffuse or even to prevent any vision when it is desirable.
  • This may concern glazing mounted in interior partitions in premises, trains, planes or mounted in automotive side windows. This also applies to mirrors used as mirrors, to punctually avoid the driver to be dazzled, or signs, so that messages appear when necessary, or intermittently to better attract attention. Glazing that can be rendered at will scattering can be used when desired as projection screens.
  • it may be the generation of light through the glazing to control the level of brightness or color generated.
  • it may be the generation of light through the glazing to control the level of brightness or color generated.
  • electro-controllable systems for such aspect changes / thermal properties.
  • Electrochromic material generally comprise two layers of electrochromic material separated by an electrolyte layer and framed by two electroconductive layers, the latter being associated with current leads connected to a power supply.
  • Each of the layers of electrochromic material can reversibly insert cations and electrons, the modification of their degree of oxidation following these insertions /ariesinsertions leading to a change in its optical and / or thermal properties.
  • the electrolyte in the form of a polymer or a gel; for example a proton-conductive polymer such as those described in patents EP-253 713 or EP-670 346, or a conductive polymer of lithium ions such as those described in patents EP-382 623, EP-518 754 and 532,408; the other layers of the system are generally of a mineral nature,
  • all-polymer a category often referred to as the "all-polymer" system.
  • the present invention is concerned with electrochromics "all solid" All these systems have in common the need to be equipped with current leads supplying electroconductive layers on either side of the layer or the various activated layers). system.
  • the laminated assembly common in the automotive field, is only possible with substantially flat substrates and with a limited number of substrates (2 or 3). It is almost impossible with strongly curved substrates, especially when their number is greater than 2 or even 3 and generally leads to the risk of optical distortion.
  • the present invention therefore aims to overcome the solutions of the prior art by proposing a system controllable by a single power supply and whose operating performance is at least identical to that of two juxtaposed systems.
  • the subject of the invention is an electrochemical / electrically controllable device, with optical and / or variable energy properties of the "all solid" electrochromic type of structure TC1 / EC1 / EL / EC2 / TC2, comprising at least one carrier substrate provided with a first electroconductive layer, a first electrochemically active layer capable of reversibly inserting ions such as H +, Li + cations or anions such as OH-, in particular into an anodic (or cathodic) electrochromic material, an electrolytic layer, a second electrochemically active layer capable of reversibly inserting said ions, in particular of a cathodic (or anodic) electrochromic material, a second electroconductive layer, characterized in that at least one of the electrochemically active layers capable of inserting reversible said ions, in particular an anodic electrochromic material cathode has a sufficient thickness so as to allow insertion of all the ions without electrochemical dysfunction of said active layers, and in that the
  • the thickness of the layer EC2 is between 400 and 150O nm and preferably between 700 nm and 1300 nm, and even more preferably between SOO and 1200 nm,
  • the electroconductive layer TC1 or TC2 is of the metallic type or of the TCO (Transparent Conductive Oxide) type in InaCtoSn (ITO), SnO2: F, ZnO: A1, or is a multi-layer of the TCO / type; metal f TCO ? this metal being chosen in particular from silver, gold, platinum, copper, or a NiCr / metal / NiCr type multi-layer, the metal being also chosen in particular from silver, gold, platinum; , the copper, the contrasts obtained are between 9 to 10,000 and preferably between 15 to 4000.
  • TCO Transparent Conductive Oxide
  • electrochromic glazing which is characterized in that it comprises the electrochemical device according to one of the preceding claims, in particular having a transmission and / or light reflection and / or variable energy, with the substrate or at least a part of the transparent (or partially transparent) substrates, made of plastic material, preferably mounted in multiple glazing and / or laminated, or in double glazing.
  • it relates to a method for manufacturing the electrochemical device, as previously described, in which at least one of the layers of the electrochemical device is deposited by a technique using vacuum, of the cathode sputtering type, possibly assisted.
  • glazing especially of toughened type, spray-coating or laminar coating.
  • the term “lower” electrode means the electrode which is closest to the carrier substrate taken as reference, on which at least part of the active layers (for example all the active layers in a electrochromic system “all solid") is deposited.
  • the “upper” electrode is the one deposited on the other.
  • the electrode remains transparent, that is, it has low light absorption in the visible.
  • it is not excluded to have much thicker layers (especially in the case where the electro-chromatic electroactive system operates in reflection rather than transmission), or thinner layers (especially when they are associated in the electrode to another type of conductive layer, metal for example).
  • the invention can be applied to different types of electrochemical or electro-controllable systems.
  • the electrochromic systems or glazing to which the invention can be applied are described in the aforementioned patents. They may comprise at least two carrier substrates between which are included stacks of functional layers each comprising at least successively a first electroconductive layer, an electrochemically active layer capable of reversibly inserting ions such as H +, Li + , OH- of the type an anodic or cathodic electrochromic material, an electrolyte layer, a second electrochemically active layer capable of reversibly inserting ions such as H + , Li + , OH " of the cathodic or anodic electrochromic material type, and a second electroconductive layer, term "layer” is to be understood as a single layer or a superposition of several layers, continuous or discontinuous.
  • the invention also relates to the incorporation of the electrochemical devices described in the preamble of the present application in glazings, operating in reflection (mirror) or transmission.
  • the term "glazing” is to be understood in the broad sense and includes any substantially transparent material, glass and / or polymeric material (such as polycarbonate PC or polymethyl methacrylate PMMA).
  • the carrier substrates and / or counter-substrates that is to say the substrates surrounding the active system, can be rigid, flexible or semi-flexible.
  • This glazing can be used as glazing for the building, glazing for the automobile, glazing of industrial vehicles or public transport, railway, maritime, air, in particular porthole, mirrors, mirrors.
  • This glazing having in particular a transmission and / or light reflection and / or variable energy, with the substrate or at least a portion of the transparent or partially transparent substrates (s), plastic material or glass, is preferably mounted in multiple glazing and / or laminated, or double glazing.
  • the invention also relates to the various applications that can be found in these devices, glazing or mirrors: it may be to make glazing for building, including external glazing, internal partitions or glass doors). It can also be windows, roofs or internal partitions of means of transport such as trains, planes, cars, boats. It can also be display or display screens, such as projection screens, television or computer screens, touch screens, commonly known in English.
  • Display They can also be used to make glasses or camera lenses, or to protect solar panels.
  • FIG. 1 a schematic view of an electrochromic cell according to the invention
  • Figure 2 shows a schematic cross section of Figure 1.
  • Figure 2 is intentionally highly schematic and not necessarily to scale for ease of reading: it shows in section an electrochromic device "all solid ⁇ according to the teachings of the invention comprising successively:
  • a lower electroconductive layer 2 comprising a stack of layers of the ITO / ZnO type: Ai / Ag / ZnO: A1 / ITO respective thicknesses 15 to 20 nm for 11TO / 60 at SO nr ⁇ for ZnO: Al / 3 at 15 nm for silver / 60 to 80 nm for ZnO: Al / 15 at 20 nm for TITO, or di-oxide base (doped tin oxide to tin) of 500 nm, deposited hot - a first electrochromic system 3 whose structure will be described below
  • a preferred embodiment of this type of electroconductive layer is to apply on the dlTO layer (optionally surmounted by one or more other conductive layers) a plurality of conductive strips, or a network of conductive son 6 embedded on the surface of a polymer sheet 7 as a lamination interlayer and for electrically supplying the upper electroconductive layer associated with the electrochromic stack.
  • Electrochrome 3 comprises:
  • a first layer of anodic electrochromic material EC1 in iridium oxide (hydrated) of 70 nm to 250 nm or of hydrated nickel oxide of 200 to 400 nm, alloyed or not with other metals (alternatively, layer can be replaced by a layer of anodic electrochromic material in nickel oxide of 200 to 400 nm, allied or not with other metals)
  • tungsten oxide of 100 nm a layer of tungsten oxide of 100 nm, a second layer of hydrated tantalum oxide or of hydrated silica oxide or of hydrated zirconium oxide of 100 nm, the latter two layers forming an electrolyte-functional layer EL; a second layer of cathodic EC2 electrochromic material; The entire set of layers was deposited by magnetic field assisted sputtering using a tungsten oxide WO3 of 400 to 1200 nm.
  • the active stack 3 may be incised on all or part of its periphery grooves made by mechanical means or by laser radiation attack, possibly pulsed, and this, to limit peripheral electrical leakage as described in the French application FR-2 781 084.
  • the glazing shown in FIGS. 1, 2 incorporates (not shown in the figures) a first peripheral seal in contact with the faces 2 and 3 (2 and 3 being in a conventional manner the numbering of the internal faces of the substrates Sl and S2), this first seal being adapted to provide a barrier to external chemical attack.
  • a second peripheral seal is in contact with the edge of Sl, the edge of S2 and faces 1 and 4 (1 and 4 being in a conventional manner the numbering of the external faces of substrates S1 and S2), so as to provide: a barrier, a mounting means with the means of transport, a seal between the inside and the outside, an aesthetic function, means for incorporating reinforcement elements.
  • the electrochromic device described above constitutes Example 1.
  • the electrochromic device of this example 1 has been connected to a energy source so as to allow switching between a colored state and a discolored state and vice versa.
  • the association, on a silico-sodo-calcic substrate coated with ITO with an overall thickness of 2.1 mm, includes an electrochromic system comprising:
  • this layer having an electrolyte function EL
  • a second layer of cathodic electrochromic material EC2 based on tungsten oxide WO 3 of 350 to 390 nm, preferably 380 nm, allows switching of the glazing between a bleached state characterized by a light transmission (TL) of 55% and a state of colored characterized by a TL of 2.5%.
  • the contrast associated with this glazing is 22 for a quantity of exchanged charges of 25 to 30 mC / cml
  • the measurement of the quantity of charges circulating during the discoloration / discoloration cycles between the electroactive layers corresponds to a number of charges per unit of stacking surface, normalized to a given active layer thickness and increasing linearly with the thickness of said layer.
  • a second layer of hydrated tantalum oxide this layer having an electrolyte function EL, a second layer of cathodic electro chromium material EC2 based on tungsten oxide WO3 of 400 to 600 nm, preferentially 500 nm, makes it possible to switch the glazing between a discolored state characterized by a light transmission (TL) of 50% and a colored state characterized by a TL of 1%.
  • the contrast associated with this glazing is 50 for a quantity of exchanged charges of 33 to 40 mC / cm 2 .
  • this layer having an electrolytic function EL
  • the contrast associated with this glazing is 4000 for a quantity of exchanged charges of 66 to 80 mC / cm. 2 . If we compare Examples 2 and 3 to Example 1, we can notice that as soon as the thickness of the EC2 layer is significantly increased, it is possible to obtain high contrast values, while retaining a quantity of charges exchanged substantially in the same order of magnitude.

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Abstract

Dispositif électrochimique/ électrocommandable, à propriétés optiques et/ou énergétiques variables, comportant au moins un substrat porteur muni d'une première couche électroconductrice, une première couche électrochimiquement active susceptible d'insérer de manière réversible des ions comme des cations tels que H+, Li+ ou des anions tels que OH-, notamment en un matériau électrochrome anodique (ou respectivement cathodique), une couche d'électrolyte, une seconde couche électrochimiquement active susceptible d'insérer de manière réversible lesdits ions, notamment en un matériau électrochrome cathodique (ou respectivement anodique), une seconde couche électroconductrice, caractérisé en ce que l'une au moins des couches électrochimiquement actives susceptibles d'insérer de manière réversible lesdits ions, notamment en un matériau électrochrome anodique ou cathodique comporte une épaisseur suffisante de manière à permettre une insertion de tous les ions sans dysfonctionnement électrochimique desdites couches actives.

Description

« Dispositif électrochimique, et/ ou êlectrocommandable du type vitrage et à propriétés optiques et/ou énergétiques variables »
La présente invention, a pour objet un dispositif électro chimique, et/ ou êlectrocommandable du type vitrage et à propriétés optiques et/ ou énergétiques "variables. π y a en effet actuellement une demande accrue pour des vitrages dits * intelligents " aptes à s'adapter aux besoins des utilisateurs. En ce qui concerne les vitrages B intelligents ", il peut s'agir du contrôle de l'apport solaire à travers des vitrages montés en extérieur dans des bâtiments ou des véhicules du type automobile, train ou avion {hublot par exemple). Le but est de pouvoir limiter un échauffement excessif à l'intérieur des habitacles/ locaux, mais uniquement en cas de fort ensoleillement.
Il peut aussi s'agir du contrôle du degré de vision à travers des vitrages, notamment afin de les obscurcir, de les rendre diffusant voire d'empêcher toute vision quand cela est souhaitable. Cela peut concerner les vitrages montés en cloisons intérieures dans les locaux, les trains, les avions ou montés en vitres latérales d'automobile. Cela concerne aussi les miroirs utilisés comme rétroviseurs, pour éviter ponctuellement au conducteur d'être ébloui, ou les panneaux de signalisation, pour que des messages apparaissent quand cela est nécessaire, ou par intermittence pour mieux attirer l'attention. Des vitrages que l'on peut rendre à volonté diffusants peuvent être utilisés quand on le souhaite comme écrans de projection.
En variante, il peut s'agir de la génération de lumière par le vitrage afin de contrôler le niveau de luminosité ou la couleur générée. Il existe différents systèmes êlectrocommandables permettant ce genre de modifications d'aspect/ de propriétés thermiques.
Pour moduler la transmission lumineuse ou l'absorption lumineuse des vitrages, il y a les systèmes dits viologènes, comme ceux décrits dans les brevets US-5 239 406 et EP-612 826.
Pour moduler la transmission lumineuse et/ou la transmission thermique des vitrages, il y a aussi les systèmes dits électrochromes.
Ceux-ci, de manière connue, comportent généralement deux couches de matériau électrochrome séparées par une couche d'électrolyte et encadrées par deux couches électroconductrices, ces dernières étant associées à des amenées de courant connectées à une alimentation électrique.
Chacune des couches de matériau électrochrome peut insérer réversiblement des cations et des électrons, la modification de leur degré d'oxydation suite à ces insertions/ désinsertions conduisant à une modification dans ses propriétés optiques et/ ou thermiques. On peut notamment moduler leur absorption et/ou leur réflexion dans les longueurs d'onde du visible et/ ou de l'infra-rouge. II est d'usage de ranger les systèmes électrochromes en trois catégories :
- celle où l'électrolyte est sous forme d*un polymère ou d'un gel ; par exemple un polymère à conduction protonique comme ceux décrits dans les brevets EP-253 713 ou EP-670 346, ou un polymère à conduction d'ions lithium comme ceux décrits dans les brevets EP-382 623, EP-518 754 et EP-532 408 ; les autres couches du système étant généralement de nature minérale,
- celle où rélectrolyte et les autres couches de l'empilement sont de nature minérale. On désigne souvent cette catégorie sous le terme de système " tout solide ", on pourra en trouver des exemples dans les brevet EP-867 752, EP-831 360, les brevets WO00-57243 et WO00-71777,
- celle où l'ensemble des couches est à base de polymères, catégorie que Ton désigne souvent sous le terme de système * tout polymère ".
La présente invention s'intéresse aux électrochromes « tout solide » Tous ces systèmes ont en commun la nécessité d'être équipés en amenées de courant venant alimenter des couches électroconductrices de par et d'autre de la couche ou des différentes couches activées) du système.
Ces amenées de courant permettent l'application d'une tension et le passage d\m courant au travers de l'empilement, le passage du courant devant assurer la commutation d'un état coloré à un état décoloré et réciproquement.
On comprend que le passage d'un état à un autre se traduit soit par un obscurcissement, soit par un éclaircissement du vitrage ainsi piloté. La tendance actuelle est d'avoir des systèmes, sous l'effet d^une alimentation, qui produisent des effets rapides, homogènes et dont le contraste entre les 2 états (décoloré/ coloré) est le plus élevé possible, de manière à atteindre un système quasiment opaque à l'état coloré, le contraste étant défini comme le rapport entre la valeur de la transmission lumineuse (TL) à Fétat décoloré à la valeur de la transmission lumineuse à l'état coloré.
Pour ce faire, plusieurs solutions de l'art antérieur sont connues : - augmenter la quantité de charge ou le niveau de tension aux bornes des amenées de courant, l'inconvénient majeur de cette solution réside dans le fait que généralement elle conduit à une moindre robustesse du système,
- utiliser des couches optiquement plus actives élargissant les gammes de transmission lumineuse atteignables. Le développement de telles couches peut demander un travail de recherche considérable avec une modification ou un remplacement des matériaux existants,
- juxtaposer au moins 2 systèmes complets montés en configuration de vitrage multiple (On pourra se reporter au brevet US-5 076 673). Cette solution minimise les chances qu'un défaut présent sur l*un des systèmes se trouve en regard d'un défaut présent sur l'autre système. L'inconvénient majeur de cette solution réside dans le fait qu'il faut une alimentation pour chacun des systèmes ce qui grève le coût de revient ; de plus, la juxtaposition des systèmes se traduit par un alourdissement de la structure globale, compte tenu qu'au moins 4 substrats sont nécessaires au montage. Ce montage en vitrage multiple, notamment en double vitrage, augmente nécessairement le nombre d'interfaces optiques et donc va conduire à un abaissement de la transmission lumineuse à l'état décoloré. Ce montage en double vitrage de type « bâtiment » nJest pas transposable dans le domaine de l'automobile. On peut noter que le montage en feuilleté, courant dans le domaine de l'automobile, n'est possible qu'avec des substrats sensiblement plans et avec un nombre limité de substrats (2 ou 3) . Il est quasiment impossible avec des substrats fortement bombés, surtout quand leur nombre est supérieur à 2, voire 3 et conduit généralement à des risques de distorsion optique.
La présente invention vise donc à pallier les solutions de l'art antérieur en proposant un système pilotable par une seule alimentation et dont les performances de fonctionnement sont au moins identiques à celles de 2 systèmes juxtaposés.
L'invention a pour objet un dispositif électrochimique/ électrocommandable, à propriétés optiques et/ ou énergétiques variables de type électrochrome « tout solide » de structure TC1/EC1/EL/EC2/TC2, comportant au moins un substrat porteur muni d'une première couche électroconductrice, une première couche électrochimiquement active susceptible d'insérer de manière réversible des ions comme des cations tels que H+, Li+ ou des anions tels que OH-, notamment en un matériau électrochrome anodique (ou respectivement cathodique), une couche d'électroîyte , une seconde couche électrochimiquemεnt active susceptible d'insérer de manière réversible lesdits ions, notamment en un matériau électrochrome cathodique (ou respectivement anodique), une seconde couche électroconductrice, caractérisé en ce que Fune au moins des couches électrochimiquement actives susceptibles d'insérer de manière réversible lesdits ions, notamment en un matériau électrochrome anodique ou cathodique comporte une épaisseur suffisante de manière à permettre une insertion de tous les ions sans dysfonctionnement électrochimique desdites couches actives, et en ce que la couche à fonction électrolyte EL comporte au moins une couche à base d'un matériau choisi parmi les oxydes, de tantale, de tungstène, de molybdène, d'antimoine, de niobium, de chrome, de cobalt, de titane, d'étain, de nickel, de zinc éventuellement allié avec de raluminium, de zirconium, d'aluminium, de silicium, éventuellement allié avec de l'aluminium, du nitrure de silicium éventuellement allié avec de ralurninium ou du bore, nitrure de bore, nitrure d'aluminium, l'oxyde de vanadium éventuellement allié avec de l'aluminium, oxyde d'étain et de zinc, au moins un de ces oxydes étant éventuellement hydrogéné, ou nitrure et en ce que chaque couche électroactive ECl ou EC2 comporte au moins un des composés suivants : oxydes de tungstène W, de niobium Nb, d'étain Sn, de bismuth Bi5 de vanadium V, de nickel Ni, d'iridium Ir, d'antimoine Sb, de tantale Ta, seul ou en mélange, et comprenant éventuellement un métal additionnel tel que le titane, le rhénium, ou le cobalt et en ce que ce que l'épaisseur de la couche ECl est comprise entre 70 et 250 nm et de préférence entre 150 nm et 220 nm
Grâce à la présence d*une épaisseur suffisante de matériau électrochrome, il est possible d'obtenir, à moindre coût, un système possédant un degré d'obscurcissement élevé.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à Tune et/o"U à l'autre des dispositions suivantes :
- L'épaisseur de la couche EC2 est comprise entre 400 et 150O nm et de préférence entre 700 nm et 1300 nm, et de manière encore plus préférentielle entre SOO et 1200 nm,
- la quantité de charges échangées au cours d'un cycle de fonctionnement dudit dispositif est comprise entre 25 mC/cm.2 et 8OmC/ cm2 - la couche êlectroconductrice TCl ou TC2 est de type métallique ou du type TCO (Transparent Conductive Oxide) en InaCtoSn (ITO), Snθ2:F, ZnO :A1, ou ëtïe un multi-couche du type TCO/ métal f TCO ? ce métal étant choisi notamment parmi l'argent, l'or, le platine, le cuivre, ou un multi-couche de type NiCr/ métal/ NiCr, le métal étant choisi également notamment parmi l'argent, l'or, le platine, le cuivre, - les valeurs contrastes obtenues sont comprises entre 9 à 10000 et préférentiellement entre 15 à 4000.
Selon un autre aspect de l'invention, elle vise un vitrage électrochrome, qui se caractérise en ce qu'il comporte le dispositif électrochimique selon l'une des revendications précédentes, présentant notamment une transmission et/ ou réflexion lumineuse et/ ou énergétique variable, avec le substrat ou au moins une partie des substrats transparent{s) ou partiellement transparent(s), en matériau plastique, de préférence monté en vitrage multiple et/ ou feuilleté, ou en double vitrage. Selon encore un autre aspect de l'invention, elle vise un procédé de fabrication du dispositif électrochimique, tel que précédemment décrit dans lequel on dépose au moins Tune des couches du dispositif électrochimïque par une technique utilisant Ie vide, du type pulvérisation cathodique, éventuellement assistée par champ magnétique, par évaporation thermique ou assistée par un flux d'électrons, par ablation laser, par CVD, éventuellement assistée par plasma ou par micro-ondes, ou par une technique à pression atmosphérique, notamment par dépôt de couches par synthèse sol-gel, notamment de type trempé, spray-coating ou enduction laminaire. Enfin, selon encore un autre aspect de l'invention, elle vise l'utilisation du vitrage mentionné précédemment en tant que vitrage pour le bâtiment, vitrage pour l'automobile, vitrage de véhicules industriels ou de transport collectif, ferroviaire, maritime, aérien, en particulier hublot, rétroviseurs, miroirs, Display et affichage, obturateur pour dispositifs d'acquisition d'images.
On entend au sens de l'invention par électrode " inférieure *, l'électrode qui se trouve la plus proche du substrat porteur pris en référence, sur laquelle une partie au moins des couches actives (par exemple l'ensemble des couches actives dans un système électrochrome " tout solide ") est déposée. L'électrode * supérieure " est celle déposée de l'autre.
Dans ces gammes d'épaisseurs, l'électrode demeure transparente, c'est-à-dire qu'elle présente une faible absorption lumineuse dans le visible. Il n'est cependant pas exclu d'avoir des couches nettement plus épaisses (notamment dans le cas où le système électroactif du type électro chrome fonctionne en réflexion plutôt qu'en transmission), ou des couches plus fines (notamment quand elles sont associées dans l'électrode à un autre type de couche conductrice, métallique par exemple). Comme mentionné plus haut, l'invention peut s'appliquer à différents types de systèmes électrochimiques ou électro commandables.
Elle s'intéresse plus particulièrement aux systèmes électrochromeSj notamment les " tout solide "
Les systèmes, ou vitrages, électrochromes auxquels peut s'appliquer l'invention, sont décrits dans le brevets précités. Ils peuvent comporter au moins deux substrats porteurs entre lesquels sont compris des empilements de couches fonctionnelles comprenant chacun au moins successivement une première couche électroconductrice, une couche électrochimiquement active susceptible d'insérer réversiblement des ions tels que H+^ Li+, OH- du type matériau êlectrochrome anodique ou respectivement cathodique, une couche d'éîectrolyte, une seconde couche électrochimiquement active susceptible dinsérer réversiblement des ions tels que H+, Li+, OH" du type matériau électrochrome cathodique ou respectivement anodique, et une seconde couche électroconductrice, {le terme de " couche " est à comprendre comme une couche unique ou une superposition de plusieurs couches, continues ou discontinues.
L'invention concerne également l'incorporation des dispositifs électrochimiques décrits dans le préambule de la présente demande dans des vitrages, fonctionnant en réflexion (miroir) ou en transmission. Le terme " vitrage " est à comprendre au sens large et englobe tout matériau essentiellement transparent, en verre et/ ou en matériau polymère (comme du polycarbonate PC ou du polymétacrylate de méthyle PMMA). Les substrats porteurs et/ou contre-substrats, c'est-à-dire les substrats encadrant le système actif, peuvent être rigides, flexibles ou semi-flexibles. Ce vitrage peut être utilisé en tant que vitrage pour le bâtiment, vitrage pour l'automobile, vitrage de véhicules industriels ou de transport collectif, ferroviaire, maritime, aérien, en particulier hublot, rétroviseurs, miroirs. Ce vitrage présentant notamment une transmission et/ou réflexion lumineuse et/ ou énergétique variable, avec le substrat ou au moins une partie des substrats transparent(s) ou partiellement transparent(s), en matériau plastique, ou en verre, est de préférence monté en vitrage multiple et/ ou feuilleté, ou en double vitrage.
L'invention concerne également les diverses applications que Ton peut trouver à ces dispositifs, vitrages ou miroirs : il peut s'agir de faire des vitrages pour bâtiment, notamment des vitrages extérieurs, des cloisons internes ou des portes vitrées). Il peut aussi s'agir de fenêtres, toits ou cloisons internes de moyens de transport comme des trains, avions, voitures, bateaux. Il peut aussi s'agir d'écrans de visualisation ou d'affichage, comme des écrans de projection, des écrans de télévision ou d'ordinateur, des écrans tactiles, communément appelés en anglais
« Display ». On peut aussi les utiliser pour faire des lunettes ou des objectifs d'appareil photo, ou encore pour protéger des panneaux solaires.
L'invention sera maintenant décrite plus en détails à l'aide d'exemples non limitatifs et de figures :
- La figure 1 : une vue schématique d*u.ne cellule électrochrome conforme à l'invention,
- la figure 2 illustre est une vue schématique en coupe de la figure 1. La figure 2 est volontairement très schématique et n'est pas nécessairement à l'échelle pour en faciliter la lecture : elle représente en coupe un dispositif électrochrome " tout solide ≈ selon les enseignements de l'invention comprenant successivement :
- un substrat de verre silico-sodo-calcique Sl clair de 2,1 mm d'épaisseur,
- une couche électroconductrice inférieure 2 comportant un empilement de couches du type ITO/ZnO :Ai/Ag/ZnO :A1/ITO d'épaisseurs respectives 15 à 20 nm pour 11TO/60 à SO nrπ pour le ZnO :AÎ/3 à 15 nm pour l'argent/ 60 à 80 nm pour le ZnO :A1/ 15 à 20 nm pour TITO, ou est à base diTO (oxyde d'indium dopé à rétain) de 500 nm, déposé à chaud - un premier système électrochrome 3 dont la structure sera décrite ci après
- une couche électroconductrice supérieure 4 â base dlTO ou de SnOa :F ou encore en variante une couche électroconductrice supérieure comportant d'autres éléments conducteurs: il peut s'agir plus particulièrement d'associer la couche êlectroconductrice à une couche plus conductrice qu'elle, et/ ou à une pluralité de bandes ou de fils conducteurs. On se reportera pour plus de détails au brevet WO-00/ 57243 pour la mise en œuvre de telles couches électroconductrices multi-composantes. Un mode de réalisation préféré de ce type de couche électroconductrice consiste à appliquer sur la couche dlTO (éventuellement surmontée d'une ou plusieurs autres couches conductrices} une pluralité de bandes conductrices, ou un réseau de fils conducteurs 6 incrustés à la surface d'une feuille de polymère 7 faisant office d'intercalaire de feuilletage et permettant d'alimenter électriquement la couche électroconductrice supérieure associée à l'empilement êlectrochrome.
- un substrat de verre silico-sodo-calc.que S2 clair de 2,1 mm d'épaisseur. e êlectrochrome 3 comprend :
- une première couche de matériau électrochrome anodique ECl en oxyde d'iridium (hydraté) de 70 nm à 250 nm ou d'oxyde de nickel hydraté de 200 à 400 nm, alliée ou non à d'autres métaux, (en variante, cette couche peut être remplacée par une couche de matériau éîectrochrome anodique en oxyde de nickel de 200 à 400 nm, alliée ou non à d'autres métaux)
- une couche en oxyde de tungstène de 100 nm, - une seconde couche en oxyde de tantale hydraté ou d'oxyde de silice hydraté ou d'oxyde de zirconium hydraté de 100 nm, ces deux dernières couches formant une couche à fonction électrolyte EL - une seconde couche de matériau électrochrome EC2 cathodique à base d'oxyde de tungstène WO3 de 400 à 1200 nm, L'ensemble des couches a été déposé par pulvérisation cathodique assistée par champ magnétique. En variante, il pourrait être obtenu, par évaporation thermique ou assistée par un flux d'électrons, par ablation laser, par CVD, éventuellement assistée par plasma ou par microondes, ou par une technique à pression atmosphérique, notamment par dépôt de couches par synthèse sol-gel, notamment de type trempé, spray- coating ou enduction laminaire.
L'empilement actif 3 peut être incisé sur tout ou partie de sa périphéries de gorges réalisées par des moyens mécaniques ou par attaque par rayonnement laser, éventuellement puisé, et ce afin, de limiter les fuites électriques périphériques comme cela est décrit dans la demande française FR-2 781 084.
Par ailleurs, le vitrage représenté en figures 1, 2 incorpore (non représenté sur les figures) un premier joint périphérique en contact avec les faces 2 et 3 (2 et 3 étant d'une manière conventionnelle la numérotation des faces internes des substrats Sl et S2), ce premier joint étant adapté pour réaliser une barrière aux agressions chimiques extérieures. Un deuxième joint périphérique est en contact avec le chant de Sl, le chant de S2 et des faces 1 et 4 (1 et 4 étant d'une manière conventionnelle la numérotation des faces externes des substrats Sl et S2), de manière à réaliser : une barrière, un moyen de montage avec le moyen de transport, une étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur, une fonction esthétique, un moyen d'incorporation d'éléments de renfort. Le dispositif électrochrome décrit précédemment constitue l'exemple 1.
Le dispositif électrochrome de cet exemple 1 a été connecté à une source d'énergie de manière à permettre sa commutation entre un état coloré à un état décoloré et réciproquement.
On donne ci-après pour diverses configurations d'empilement les valeurs de contraste atteint. Dans un premier exemple de configuration qui constitue un exemple selon l'art antérieur auquel il sera possible que comparer les suivants,
L'association, sur un substrat silico-sodo-calcique recouvert dITO d'épaisseur globale de 2.1 mm, d\m systêrneélectrochrome comprenant :
- une première couche de matériau éîectrochrome anodique ECl en oxyde d'iridium (hydraté) de 60 à 90 nm préférentiellement 85 nm
- une couche en oxyde de tungstène de 100 nm,
- une seconde couche en oxyde de tantale hydraté, cette couche ayant une fonction électrolyte EL
- une seconde couche de matériau électrochrome EC2 cathodique à base d'oxyde de tungstène WO3 de 350 à 390 nm préférentiellement 380 nm, permet une commutation du vitrage entre un état décoloré caractérisé par une Transmission Lumineuse (TL) de 55 % et un état coloré caractérisé par une TL de 2,5 %. Le contraste associé à ce vitrage est de 22 pour une quantité de charges échangées de 25 à 30 mC/cml
Au sens de linvention, la mesure de la quantité de charges circulant lors des cycles de décoloration/ décoloration entre les couches électroactives correspond à un nombre de charge par unité de surface dempilement, normalisée à une épaisseur de couche active donnée et augmentant linéairement avec l'épaisseur de ladite couche.
Dans un deuxième exemple de configuration,
L'association, sur un substrat silico-sodo-calcique recouvert diTO d'une épaisseur globale de 2.1 mm, d'un système électrochrome comprenant :
- une première couche de matériau électrochrome anodique ECl en oxyde d'iridium (hydraté) de 80 à 120 nm préférentiellement 105 nm une couche en oxyde de tungstène de 100 nm,
- une seconde couche en oxyde de tantale hydraté, cette couche ayant une fonction électrolyte EL - une seconde couche de matériau électro chrome EC2 cathodique à base d'oxyde de tungstène WO3 de 400 à 600 nm préférentiellement 500 nm, permet une commutation du vitrage entre un état décoloré caractérisé par une Transmission Lumineuse (TL) de 50 % et un état coloré caractérisé par une TL de 1 %. Le contraste associé à ce vitrage est de 50 pour une quantité de charges échangées de 33 à 40 mC/cm2.
Dans un troisième exemple de configuration,
L'association, sur un substrat silico-sodo-caicique recouvert diTO d'une épaisseur globale de 2.1 mm, d'un système électrochrome comprenant :
- une première couche de matériau électrochrome anodique ECl en oxyde d'iridium (hydraté) de 150 à 300 nm préférentiellement 210 nm - une couche en oxyde de tungstène de 100 nm,
- une seconde couche en oxyde de tantale hydraté, cette couche ayant une fonction électroîyte EL
- une seconde couche de matériau électrochrome EC2 cathodique à base d'oxyde de tungstène WO3 de 800 à 1500 nm préférentiellement 1000 nm, permet une commutation du vitrage entre un état décoloré caractérisé par une Transmission Lumineuse (TL) de 40 % et un état coloré caractérisé par une TL de 0.01 %. Le contraste associé à ce vitrage est de 4000 pour une quantité de charges échangées de 66 à 80 mC/cm.2. Si on compare les exemples 2 et 3 à l'exemple 1, on peut remarquer que dès que l'on augmente significativement Y épaisseur de la couche EC2, il est possible d'obtenir des valeurs de contrastes élevées, tout en conservant une quantité de charges échangées sensiblement dans un même ordre de grandeur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif électrochimique/ électrocommandable, à propriétés optiques et/ ou énergétiques variables de type électrochrome « tout solide » de structure TC 1/EC1/EL/EC2/TC2, comportant au moins "un substrat porteur muni d'une première couche électroconductrice, une première couche électrochimiquement active susceptible d'insérer de manière réversible des ions comme des cations tels que H+, Li+ ou des anions tels que OH-, notamment en un matériau électrochrome anodique (ou respectivement cathodique), une couche d'électrolyte , une seconde couche électrochimiquement active susceptible d'insérer de manière réversible lesdits ions, notamment en un matériau électrochrome cathodique (ou respectivement anodique), une seconde couche électroconductrice, caractérisé en ce que l'une au moins des couches électrochimiquement actives susceptibles d'insérer de manière réversible lesdits ions, notamment en un matériau électrochrome anodique ou cathodique comporte une épaisseur suffisante de manière à permettre une insertion de tous les ions sans dysfonctionnement électrochimique desdites couches actives, et en ce que la couche à fonction éiectrσlyte EL comporte au moins une couche à base d'un matériau choisi parmi les oxydes, de tantale, de tungstène, de molybdène, d'antimoine, de niobium, de chrome, de cobalt, de titane, d'êtain, de nickel, de zinc éventuellement allié avec de l'aluminium, de zirconium, d'aluminium, de silicium, éventuellement allié avec de l'aluminium, du nîtrure de silicium éventuellement allié avec de l'aluminium ou du bore, nitrure de bore, nitrure d'aluminium, l'oxyde de vanadium, éventuellement allié avec de l'aluminium, oxyde d'étain et de zinc, au moins un de ces oxydes étant éventuellement hydrogéné, ou nitrure et en ce que chaque couche électroactive ECl ou EC2 comporte au moins un des composés suivants : oxydes de tungstène W, de niobium Nb, d'étain Sn, de bismuth Bi, de vanadium V, de nickel Ni, d'iridium Ir, d'antimoine Sb, de tantale Ta, seul ou en mélange, et comprenant éventuellement un métal additionnel tel que le titane, le rhénium ou îe cobalt et en ce que ce que l'épaisseur de la couche ECl est comprise entre 70 et 250 nm et de préférence entre 150 nm et 220 nm.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche EC2 est comprise entre 400 et 1500 nm et de préférence entre
700 nm et 1300 nrα, et de manière encore plus préférentielle entre 800 et 1200 nm.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité de charges échangées au cours d'un cycle de fonctionnement dudit dispositif est comprise entre 25 mC/cm2 et 8OmC/ cm2
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche éîectroconductrice TCl ou TC2 est de type métallique ou du type TCO (Transparent Conductive Oxide) en InaCtoSn (ITO), rαO2:F, ZnO :Al, ou être un multi-couche du type TCO/ métal/TCO, ce métal étant choisi notamment parmi l'argent, l'or, le platine, le cuivre, ou τιn multi-couche de type NiCr/métal/NiCr, le métal étant choisi également notamment parmi l'argent, l'or, le platine, le cuivre.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les valeurs contrastes obtenues sont comprises entre 9 à 10000 et préférentiellement entre 15 à 4000.
6. Vitrage électrochrome, caractérisé en ce qu'il comporte le dispositif électro chimique selon l'une des revendications précédentes, présentant notamment une transmission et/ ou réflexion lumineuse et/ou énergétique variable, avec le substrat ou an moins une partie des substrats transparent(s) ou partiellement tranκpr>rent(s), en matériau plastique, de préférence monté en vitrage mui^ple et/ou feuilleté, ou en double vitrage.
7. Procédé de fabrication du dispositif cketrochimique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu 'on dépose au moins l'une des couches du dispositif électrochimique par une technique utilisant le vide, du type pulvérisation cathodique, éventuellement assistée par champ magnétique, par évaporation thermique ou assistée par un flux d'électrons, par ablation laser, par CVD, éventuellement assistée par plasma ou par micro-ondes, ou par une technique à pression atmosphérique, notamment par dépôt de couches par synthèse sol-gel, notamment de type trempé, spray-coating ou enduction laminaire.
S. Utilisation du vitrage selon la revendication 6 en tant que vitrage pour le bâtiment, vitrage pour l'automobile, vitrage de véhicules industriels ou de transport collectif, ferroviaire, maritime, aérien, en particulier hublot, rétroviseurs, miroirs, Display et affichage, obturateur pour dispositifs d'acquisition d'images.
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