JP2020129125A - イオン移動を防止するための手段を含むエレクトロクロミックデバイス及びその形成プロセス - Google Patents
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Abstract
【課題】イオン移動を防止したエレクトロクロミックデバイスを提供する。【解決手段】エレクトロクロミックデバイスは、基板上に可動イオンを含むエレクトロクロミック層または対向電極層と、Agを含む第1の透明導電層とを含み得る。一実施形態では、エレクトロクロミックデバイスは、第1の透明導電層とエレクトロクロミック層または対向電極層との間に配置されたバリア層を含み得る。別の実施形態では、エレクトロクロミックデバイスは、(1)可動イオンが第1の透明導電層の中に移動することか、(2)Agがエレクトロクロミック層または対向電極層の中に移動することか、または(1)及び(2)の両方、を防止するための手段を含み得る。エレクトロクロミックデバイスを形成するプロセスは、基板上にエレクトロクロミック層または対向電極層を形成することと、バリア層を形成することと、基板上に第1の透明導電層を形成することと、を含み得る。【選択図】図1
Description
本開示は、エレクトロクロミックデバイスに関し、より詳細には、イオン移動を防止するための手段を含むエレクトロクロミックデバイス、及びその形成プロセスに関する。
エレクトロクロミックデバイスは、可視光の透過の遮断、及び建物の部屋または車両の客室が暖かくなりすぎることを防ぐのに役立つ。建物の部屋または車両の客室が暖かくなりすぎることを防ぐのにも役立ち得る低放射フィルムは、太陽熱を反射するために使用され得る。低放射フィルムは、Agを含み得、隔置され、エレクトロクロミックデバイスの一部ではない。窓設計のさらなる改良が望まれている。
実施形態が例として例証され、これは添付の図面に限定されるものではない。
当業者は、図中の要素が、単純性及び明瞭性のために例証され、必ずしも縮尺通りに描写されているわけではないことを認識する。例えば、図中のいくつかの要素の寸法は、本発明の実施形態の理解の向上に役立つように他の要素に対して誇張される場合がある。
以下の説明は、図と組み合わせて、本明細書に開示される教示の理解を助けるために提供される。以下の考察は、教示の特定の実装及び実施形態に焦点を合わせる。この焦点は、教示の説明を助けるために提供され、教示の範囲または適用性を限定するものとして解釈されるべきではない。
本明細書において、屈折率は550nmで測定される。
用語「備える(comprises)」、「備えている(comprising)」、「含む(includes)」、「含んでいる(including)」、「有する(has)」、「有している(having)」、またはそれらの任意の他の変形は、非排他的包含を網羅することを意図する。例えば、特徴の列挙を含むプロセス、方法、物品、または装置は、必ずしもそれらの特徴のみに限定されるわけではないが、明確には列挙されていないか、またはこのようなプロセス、方法、物品、もしくは装置に固有である他の特徴を含んでもよい。さらに、そうではないと明確に記載されない限り、「または(or)」は、包含的または(inclusive−or)を指し、排他的または(exclusive−or)を指すものではない。例えば、条件AまたはBは、以下のうちのいずれか1つによって満たされる:Aが真であり(または存在する)かつBが偽である(または存在せず)、Aが偽であり(または存在せず)かつBが真である(または存在する)、及びAとBの両方が真である(または存在する)。
また、「1つの(a)」または「1つの(an)」の使用は、本明細書に記載の要素及び構成要素を説明するために用いられる。これは、単に便宜性のために、また本発明の範囲の一般的な意味を付与するために行われる。この説明は、それがそうではないように意味されることが明白でない限り、1つ、少なくとも1つを含むように読まれるべきであり、また、単数形は複数形も含み、逆も同様である。
「約」、「およそ」または「実質的に」という単語の使用は、パラメータの値が記載された値または位置に近いことを意味することを意図している。しかしながら、軽微な相違は、値または位置が正確に記載されることを妨げ得る。したがって、値の最大10パーセント(10%)の差は、正確に記載された通りの理想的な目標との妥当な相違である。
別段に定義されない限り、本明細書に使用される全ての技術的及び科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって通常理解されるものと同じ意味を有する。材料、方法、及び実施例は、単に例証的なものであり、限定的であることを意図されない。本明細書に記載されていない限り、特定の材料及び処理行為に関する多くの詳細は、従来のものであり、ガラス、蒸着及びエレクトロクロミック技術内の教科書及び他の情報源に見出され得る。
一態様では、エレクトロクロミックデバイスは、基板と、基板上のエレクトロクロミック層または対向電極層と、を含み得、エレクトロクロミック層または対向電極層が、可動イオンと、基板上にあり、Agを含む第1の透明導電層と、第1の透明導電層とエレクトロクロミック層または対向電極層との間に配置されたバリア層と、を含む。別の態様では、エレクトロクロミックデバイスは、基板と、基板上のエレクトロクロミック層または対向電極層と、を含み得、エレクトロクロミック層または対向電極層が、可動イオンと、基板上にあり、Agを含む第1の透明導電層と、(1)可動イオンが第1の透明導電層の中に移動することか、(2)Agがエレクトロクロミック層もしくは対向電極層の中に移動することか、または(1)及び(2)の両方を防止する手段と、を含む。
さらなる態様では、エレクトロクロミックデバイスを形成するプロセスは、基板を提供することと、基板上にエレクトロクロミック層または対向電極層を形成することと、を含み得、エレクトロクロミック層または対向電極層の形成後に、エレクトロクロミック層または対向電極層が可動イオンを含む。プロセスは、バリア層を形成することと、基板上にあり、Agを含む第1の透明導電層を形成することと、をさらに含み得、バリア層を形成することが、エレクトロクロミック層または対向電極層の形成と第1の透明導電層の形成との間に形成される。
エレクトロクロミックデバイスの透明導電層にAgを組み込むことにより、低放射率のエレクトロクロミックスタックが可能となり、したがって、別個のエレクトロクロミックスタックから隔置されている低放射フィルムを必要としない。しかしながら、本発明者らは、Agが透明導電層中に存在するとき、エレクトロクロミックデバイスが、適切に1回動作するか、数時間未満動作するか、または適切に全く動作しない場合があることを見出した。理論に拘泥するものではないが、Li+などの可動イオンは、透明導電層の中に移動している場合がある。あるいは、Agは、エレクトロクロミック層または対向電極層の中に移動しており、可動イオンと競合または干渉する場合がある。バリア層、または可動イオンもしくはAgの移動を防止するための手段は、エレクトロクロミックスタックの層内での低放射フィルムの一体化を可能にし、さらにエレクトロクロミックデバイスの許容可能な性能を維持する。
図面に示され、以下に記載の実施形態は、本明細書に記載の概念を実装するための特定の用途の理解に役立つ。実施形態は例示的なものであり、添付の特許請求の範囲を限定する意図はない。
図1は、一実施形態に従ったエレクトロクロミックデバイスを形成するプロセスフローを含む。プロセスは、ブロック102において、基板上に部分的に製造されたエレクトロクロミックスタックを形成することを含み得る。図2は、エレクトロクロミックスタックを形成後の、部分的に製造されたエレクトロクロミックデバイスの断面図の図解を含む。エレクトロクロミックデバイスは、ガラス基板、サファイア基板、酸窒化アルミニウム(AlON)基板、スピネル基板、または透明ポリマーを含む、透明基板200を含み得る。特定の実施形態では、透明基板200は、50ミクロン〜300ミクロンの範囲の厚さを有するミネラルガラスである、超薄型ガラスを含み得る。透明ポリマーは、ポリアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリシロキサン、ポリエーテル、ポリビニル化合物、別の好適な種類の透明ポリマー、またはそれらの混合物を含み得る。別の実施形態では、透明基板200は、前述の透明基板を構成する材料の層を含む積層体であり得る。別の実施形態では、積層体は、紫外線放射を反射する太陽光制御層または低放射率の材料を含み得る。基板200は可撓性であっても可撓性でなくてもよい。
一実施形態では、透明基板200は、SiO2及び1つ以上の他の酸化物を含む鉱物ガラスであり得るガラス基板であり得る。このような他の酸化物は、Al2O3、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、B2O3、ZrO2、P2O5、ZnO、SnO2、SO3、As2O2、またはSb2O3を含み得る。透明基板200は、鉄、バナジウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、セリウム、ネオジム、プラセオジム、もしくはエルビウムの酸化物、または銅、銀、もしくは金などの金属コロイド、またはセレンもしくはイオウなどの元素形態またはイオン形態のものなどの着色剤を含み得る。
透明基板200がガラス基板である実施形態では、ガラス基板は少なくとも50重量%のSiO2である。一実施形態では、SiO2含有量は、50重量%〜85重量%の範囲である。Al2O3は、例えば主表面が、形成されている積層体の露出された表面に沿っているときに、耐引掻性に役立ち得る。存在するとき、Al2O3含有量は、1重量%〜20重量%の範囲であり得る。B2O3は、ガラスの粘性及びその熱膨張係数の両方を低減するために有用に使用され得る。B2O3含有量は、20重量%以下、特定の実施形態では15重量%未満であり得る。アルカリ土類金属としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、及びバリウムが挙げられる。アルカリ土類金属の酸化物は、膨張係数に著しく不利益を与えることなく、ガラスの粘性を低減し、融着を促進するのに有用である。カルシウム及びマグネシウムは、いくつかの他の酸化物と比較して、ガラスの密度に比較的低い影響を有する。アルカリ金属酸化物の合計含有量は、25重量%、20重量%、または15重量%以下であり得る。アルカリ金属の酸化物は、ガラス基板の粘性及び失透傾向を低減することができる。アルカリ金属酸化物の合計含有量は、多くとも8重量%、5重量%、または1重量%以下であり得る。いくつかの用途では、ガラス基板は透明であることが望ましく、したがって着色剤の含有量は低い。特定の実施形態では、鉄含有量は200ppm未満である。
ガラス基板は、熱強化ガラス、焼戻しガラス、部分的に熱強化もしくは焼戻しされたガラス、またはアニールされたガラスを含み得る。これらの用語が当該技術分野で知られているように、「熱強化ガラス」及び「焼戻しガラス」は、表面圧縮を誘発し、そうでなければガラスを強化するために熱処理されたタイプのガラスの両方である。熱処理されたガラスは、完全に焼戻しされるか、または熱強化されるかのいずれかに分類される。一実施形態では、ガラス基板は焼戻しガラスであり、約69MPa以上の表面圧縮、及び約67MPa以上のエッジ圧縮を有する。別の実施形態では、透明基板は、熱強化され、24MPa〜69MPaの範囲の表面圧縮、及び38MPa〜67MPaのエッジ圧縮を有する。用語「アニールされたガラス」は、熱処理及びその後の急速冷却によって付与された内部歪みを伴わずに製造されたガラスを意味する。したがって、アニールされたガラスは、熱強化ガラスまたは焼戻しガラスのみを含まない。ガラス基板はレーザ切断することができる。
透明導電層202は、透明基板200の上に重ねられる。透明導電層202は、ドープ金属酸化物を含み得る。ドープ金属酸化物は、酸化亜鉛または酸化スズを含み得、そのいずれかは、Al、GaまたはInなどの第13族元素でドープされてもよい。酸化インジウムスズ(ITO)及び酸化アルミニウム亜鉛(AZO)は、使用することができる例示的で非限定的な材料である。別の実施形態では、透明導電層202は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン(例えば、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PDOT))、別の任意の好適な導電性有機ポリマー、またはそれらの組み合わせであり得る。必要または望ましい場合、有機化合物は、スルホン化され得る。図2に示されるように、透明導電層202は、このようなバスバーが透明導電層202の左側部分に電気的に短絡することなく、その後形成されるバスバーが透明導電層202の右側部分に接触することを可能にするための切り欠きを有する。透明導電層202は、150nm〜600nmの範囲の厚さを有する。
電極層204、電解質層206、及び別の電極層208は、透明導電層202及び透明基板200の上に重ねられる。電極層204は、エレクトロクロミック(EC)層または対向電極(CE)層であり得、電極層208は、CE層またはEC層の他方である。
EC層は、バイアス条件に依存する、可視光及び近赤外線(例えば、700nm〜2500nmの範囲の波長を有する、電磁放射線)の可変透過率を有し得る。例えば、電界が不在の場合、エレクトロクロミックデバイスは、高透過(「白くなった」)状態にあり、電界が存在する場合、Li+、Na+またはH+などの可動イオンは、CE層から電解質層を通ってEC層に移動し、エレクトロクロミックデバイスを通る可視光線及び近赤外線の透過を低減し得る。より低い透過状態は、有色状態または着色状態と呼ぶこともできる。EC層は、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、タングステン、マンガン、コバルトなどの遷移金属の酸化物を含み得る。特定の実施形態では、EC層は、WO3を含む。EC層は、EC層が低減された透過率を有する原因となる可動イオンを、当初形成された際に、任意の顕著な量で含まない場合がある。別の実施形態では、EC層は、少なくともいくつかの可動イオンを含み得るが、エレクトロクロミックデバイスは、逆バイアスされて、可動イオンをEC層から電解質層206を通ってCE層に移動させ得る。一実施形態では、堆積されるEC層の厚さは、80nm〜600nmの範囲である。
CE層は、可動イオンの主な供給源を提供することができる。さらに、CE層は、エレクトロクロミックデバイスがその高い透過状態及び低い透過状態にあるとき、可視光に対して実質的に透明のままである。CE層は、遷移金属元素の酸化物を含み得る。実施形態では、CE層はニッケルの酸化物を含み得る。ニッケルは、その二価状態(Ni2+)、三価状態(Ni3+)、またはそれらの組み合わせであり得る。CE層は、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、タングステン、マンガン、コバルトなどのなどの遷移金属元素の酸化物を含み得る。CE層はまた、電解質層206を通過できる可動イオンを提供し得る。可動イオンは、CE層が形成されるときにCE層に組み込まれてもよい。完成したデバイスでは、CE層は、化学式:
AxNi2+ (1−y)Ni3+ yMzOa、で表され得、
式中、
Aは、Li、Na、またはHなどの可動イオンを生成する元素であり、
Mは、金属であり、かつ
0<x≦10、0≦y≦1、0≦z≦10であり、(0.5x+1+0.5y+z)≦a≦(0.5x+1+0.5y+3.5z)である。
AxNi2+ (1−y)Ni3+ yMzOa、で表され得、
式中、
Aは、Li、Na、またはHなどの可動イオンを生成する元素であり、
Mは、金属であり、かつ
0<x≦10、0≦y≦1、0≦z≦10であり、(0.5x+1+0.5y+z)≦a≦(0.5x+1+0.5y+3.5z)である。
特定の非限定的な実施形態では、Aは、Liであり、Mは、Wであり、完成したデバイ
スでは、CE層は、化学式:
LixNi2+ (1−y)Ni3+ yWzO(1+0.5x+0.5y+3z)で表され得、
式中、1.5≦x≦3、0.4≦y≦0.95、及び0.15≦z≦1である。
スでは、CE層は、化学式:
LixNi2+ (1−y)Ni3+ yWzO(1+0.5x+0.5y+3z)で表され得、
式中、1.5≦x≦3、0.4≦y≦0.95、及び0.15≦z≦1である。
一実施形態では、CE層の厚さは、80nm〜500nmの範囲である。
電解質層206は、電解質層にわたる電界が、高透過状態から低透過状態に変化する際に、またはその逆の際に、電解質層206を通ってイオンが移動することを可能にする固体電解質を含む。一実施形態では、電解質層206は、セラミック電解質であってもよい。別の実施形態では、電解質層206は、ケイ酸塩系材料またはホウ酸塩系材料を含み得る。電解質層206は、ケイ酸塩、ケイ酸アルミニウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸塩、ケイ酸ジルコニウム、ニオブ酸塩、ホウケイ酸塩、リンケイ酸塩、窒化物、フッ化アルミニウム、または別の好適なセラミック材料を含み得る。ランタニド−遷移金属酸化物に基づく五酸化タンタル、またはガーネットまたはペロブスカイト材料などの他の好適なイオン伝導材料を使用することができる。別の実施形態では、電解質層206は形成されると、可動イオンを含み得る。したがって、前述のいずれかのリチウムドープまたはリチウム含有化合物を使用してもよい。あるいは、リチウムスパッタリングなどの別個のリチウム化作業が実施されてもよい。電解質層206は、少なくとも1対の隣接する層間に、反応生成物を含む代替物または異なる材料を有する複数の層を含み得る。さらなる実施形態では、電解質層206の屈折率及び厚さは、電子の流れを非常に低く保ちながら、許容可能な可視光透過率を有するように選択される。別の実施形態では、電解質層206は、低いかまたは顕著ではない電子伝導性(例えば、低い漏れ電流)を有する。電解質層206の厚さは、10nm〜70nmの範囲であり得る。
方法は、図1のブロック122において、エレクトロクロミックスタック上にバリア層を形成することをさらに含み得る。バリア層は、(1)Agが、その後形成される層から下地層に移動する可能性か、(2)可動イオンが、下地層からその後形成される層に移動する可能性か、または(1)及び(2)を防止するか、または少なくとも低減するのに役立つ。したがって、バリア層は、早期のデバイス故障または許容できない性能を引き起こすことなく、Agを含む導電層を使用することを可能にするのに役立つ。
図3は、バリア層309を層208上に形成後のエレクトロクロミックデバイスの図解を含む。バリア層309は、三価、四価または五価の金属の酸化物または窒化物を含み得る。一実施形態では、バリア層309は、Al2O3、TiO2、Ta2O5、ZrO2、HfO2、別の好適な金属酸化物などを含み得る。特定の実施形態では、バリア層309は、Al2O3またはTiO2を含む。別の実施形態では、バリア層309は、AlN、TiN、TaN、ZrN、HfN、別の好適な金属窒化物などを含み得る。さらなる実施形態では、バリア層309は、チタンシリコン窒化物、タンタルシリコン窒化物、またはタングステンシリコン窒化物などの金属シリコン化合物を含み得る。
バリア層309の厚さは、十分な可視光透過率(例えば、400nm〜700nmの範囲の波長での電磁放射線の>75%透過率)を提供するように選択される。一実施形態では、バリア層309の厚さは、連続層を提供するのに十分である。バリア層309の厚さは、少なくとも5nm、少なくとも11nm、または少なくとも15nmである。バリア層309は、電荷キャリアがバリア層309をトンネリングするかまたは通過することを防止するほど厚くなくてもよい。バリア層309の厚さは、多くとも200nm、多くとも100nm、または多くとも80nmである。特定の実施形態では、バリア層309は、5nm〜200nm、11nm〜100nm、または15nm〜80nmの範囲である。
バリア層309は、層208の上の共形層として形成され得る。一実施形態では、バリア層309は、原子層堆積法(ALD)によって形成され得る。別の実施形態では、バリア層309は、化学蒸着法(CVD)によって形成され得る。堆積は、プラズマアシスト技術を使用して、またはプラズマアシストを使用せずに実施され得る。ALDは、CVDと比較して、より良好な厚さ制御性を有し得る。したがって、ALDは、バリア層309の形成に良好に適している。
バリア層309用の金属含有前駆体は、有機金属化合物、金属ハロゲン化物、または金属カルボニル化合物を含み得る。一実施形態では、有機金属化合物は、金属アルキル化合物、金属アルコキシド化合物、またはジアルキルアミノ金属を含み、各アルキル基またはアルコキシド基が、4個以下の炭素原子を有する。特定の実施形態では、有機金属化合物は、テトラキス(アルキル)金属(IV)、テトラキス(ジアルキルアミノ)金属(IV)、テトラキス(アルコキシド)金属(IV)、またはビス(アルキルシクロペンタジエニル)アルコキシアルキル金属(IV)を含み、各アルキル基及び各アルコキシド基が、多くとも4個の炭素原子を有する。別の特定の実施形態では、有機金属化合物は、ペンタキス(アルキル)金属(V)、ペンタキス(ジアルキルアミノ)金属(V)、またはペンタキス(アルコキシド)金属(V)を含み、各アルキル基及び各アルコキシド基が、多くとも4個の炭素原子を有する。アルミニウム含有化合物が形成されると、有機金属化合物は、Al(CH3)3を含み得る。特定の実施形態では、バリア層309はシリコンを含み、バリア層309はシリコン含有ガスを使用して形成され得る。例えば、バリア層309は、チタンシリコン窒化物、タンタルシリコン窒化物、またはタングステンシリコン窒化物を含み得る。バリア層309が金属酸化物を含むとき、金属前駆体は、H2O、H2O2、O2、もしくはO3、またはそれらの任意の組み合わせと反応させられ得る。バリア層309が金属窒化物を含むとき、金属前駆体は、NH3、N2H2、もしくはN2とH2との混合物、またはそれらの任意の組み合わせを含み得るガスと反応させられ得る。
ALDの場合、金属含有前駆体の単層は、露出した表面に沿って形成され得る。金属含有前駆体を、酸素含有ガスまたは窒素含有ガスと反応させて、金属酸化物または窒化物を形成してもよい。単層の堆積及び反応は、層の所望の厚さが達成されるまで繰り返される。バリア層309は、緻密で、共形であり、実質的にピンホールがない。堆積温度は、100℃未満の温度で実施され得る。
方法は、図1のブロック124において、バリア層上にAgを含む透明導電層を形成することをさらに含み得る。図4を参照すると、透明導電層410は、透明基板200、透明導電層202、電極層204、電解質層206、電極層208、及びバリア層309の上に重ねられている。透明導電層410は、1つ以上のフィルムを含み得る。フィルムのうちの1つは、Agを含んで良好な導電性及び低放射率を提供する。したがって、エレクトロクロミックスタックから隔置されている別個の低放射層を必要としない。一実施形態では、酸化物フィルムまたは窒化物フィルムは、Agフィルムの片面または両面に沿って重ねられ得る。一実施形態では、シードフィルムが使用され得る。特定の実施形態では、シード層は、透明導電性酸化物を含み得る。透明導電性酸化物は、ドープ酸化亜鉛、またはドープ酸化スズなどのドープ金属酸化物を含み得、そのいずれかが、Al、GaまたはInなどの第13族元素でドープされてもよい。酸化インジウムスズ(ITO)及び酸化アルミニウム亜鉛(AZO)は、使用することができる例示的で非限定的な材料である。
バリア層309、透明導電層410内のフィルム、またはその両方は、比較的高い屈折率を有する材料を含み得る。透明導電層410はまた、(1)バリア層309、または透明導電層(例えば、AZOまたはITO)内のフィルムの屈折率と、(2)Ag、空気または別のガスの屈折率との間である、中間屈折率を有するフィルムも含み得る。中間屈折率のフィルムは、全反射を低減するのに役立ち得る。一実施形態では、中間屈折率を有するフィルムは、SiO2を含み得る。どのようなフィルムでも、通常、絶縁体と見なされる材料(例えば、SiO2、Si3N4など)を含む透明導電層402内の任意のフィルムでは、50nm未満の厚さを有し得る。
別の実施形態では、透明導電層402は、使用され得、NiCr、Ti、NiCrOx、TiOx(式中、1≦X≦2である)、またはそれらの混合物を含み得る、薄いブロッカー層を含んで、AZOまたは別の透明導電性酸化物がAgと接触するときにAgを酸化する可能性を低減し得る。ブロッカー層は、Agの上もしくは下に重ねられてもよく、またはブロッカー層は、Agの上もしくは下に重ねられてもよい。ブロッカー層は、全ての実施形態で必要とされるわけではない。存在する場合、ブロッカー層は、0.5nm〜5nmの範囲の厚さを有し得る。
多くの異なるフィルムスタックは、透明導電層410として使用され得る。例示的で非限定的なスタックは、SiO2/AZO/Xo/Ag/Xu/AZO/SiO2を含み、Xoが、Agの上に重ねられているブロッカー層であり、Xuが、Agの下に重ねられているブロッカー層である。Xo及びXuは、任意選択的なブロッカー層に関する前述の組成物及び厚さののうちのいずれか1つを有し得る。Xo及びXuは、同じ組成または異なる組成を有してもよく、同じ厚さまたは異なる厚さを有してもよい。別の実施形態では、スタックの頂部及び底部は、透明酸化物層、透明窒化物層、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。したがって、先の実施例におけるSiO2は、Si3N4、TiOx、SnOx、SnZnOx(組成Sn:Znは、10:90〜90:10で変化し得る)、SiZrOx、SiZrN、ZrOx(式中、1≦x≦2である)により置換されるか、またはこれらと関連して使用され得る。
バリア層309以外のECスタック内の他の全ての層は、物理蒸着法によって形成され得る。あるいは、化学蒸着法、原子層堆積法、別の好適な技術、またはそれらの任意の組み合わせを使用して、任意の1つ以上のこのような他の層を代替的に形成してもよい。
図示された実施形態では、方法は、図1のブロック142において、バスバーがその後形成されるであろう領域で、エレクトロクロミックスタックの一部分を除去することを含み得る。図5では、層204、206、208、309、及び410は、透明導電層202が露出している開口部502及び510を画定するようにパターニングされる。別の実施形態では、開口部510は、開口部502と比較して異なる深さまで延在し得る。例えば、開口部510は、透明導電層410が開口510内に露出している限り、様々な異なる深さまで延在し得る。例えば、層410は、透明導電層410内のAgフィルムが、開口部510の底部に沿って露出するようにパターニングされる。別の実施形態では、開口部510は、基板200が開口部510の底部に沿って露出するように、透明導電層202を通って延在し得る。本明細書を読んだ後、当該業者は、特定の用途の必要性または要望を満たす開口部510の深さを決定することができるであろう。エレクトロクロミックスタックの一部分の除去は、レーザアブレーションなどのアブレーション技術を使用して実施されてもよく、またはエッチング技術を使用して除去されてもよい。本明細書を読んだ後、バスバー形成とは無関係の理由のために、エレクトロクロミックデバイスの他の一部分もまた、このときに、または別のときに、1つ以上の層の一部分をパターニングするか、または除去するためのレーザ除去作業を受け得ることを、当業者は理解するであろう。さらに、バスバーは、ECスタックの全ての層上に形成されてもよく、レーザライン内に形成されなくてもよい。
方法は、図1のブロック144において、バスバーを形成することをさらに含み得る。バスバーは、バスバー前駆体を堆積することによって形成され得る。一実施形態では、バスバー前駆体は、銀ペーストであり得る。バスバー前駆体は、焼成されてバスバーを形成し得る。図6は、バスバー602及び610を形成後の図解を含んでいる。一実施形態では、バスバー602及び610の厚さは12ミクロン〜40ミクロンの範囲である。本明細書を読んだ後、当業者はバスバー602及び610の必要または所望の電気特性を提供するために厚さを決定することができるであろう。
方法は、図1のブロック162において、仕上げ作業を実施することをさらに含み得る。特定の仕上げ作業は、特定の用途に依存してもよい。図7に示されるように、開口部702で層410及び309の一部分が除去され、その結果、バスバー602は、透明導電層410のほとんどに電気的に接続されない。したがって、バスバー602は、透明導電層202の主な接続部であり、バスバー610は、透明導電層410の主な接続部である。このプロセスのこの時点で、エレクトロクロミックデバイス700が形成される。別の実施形態(図示せず)では、バスバー602は、図5に示されるように、開口部502内のスタックの側面に接触しないように形成される。この実施形態では、層410及び309の一部分の除去を必要としない。さらなる実施形態では、バリア層309が電子絶縁体である場合、開口部702は、バリア層309を通って延在しなくてもよい。
さらなる実施形態では、エレクトロクロミックデバイス700は、車両の窓の少なくとも一部であり得る。車両用途では、エレクトロクロミックデバイス700は、車両の本体形状に適合するように曲げられるか、または成形され得る。エレクトロクロミックデバイスを曲げるかまたは成形するための温度は、少なくとも600℃の温度であり得る。特定の実施形態では、温度は、600℃〜700℃の範囲である。熱は局所的に適用されてもよい。バリア層309は、曲げまたは成形中に、透明導電層410に著しく悪影響を与える可能性を低減するのに役立ち得る。バスバーを形成するための焼成の焼結部分は、エレクトロクロミックデバイスを曲げるために使用される熱サイクル中に起こり得る。
一実施形態では、絶縁ガラスユニット800は、図8に示されるように形成され得る。エレクトロクロミックデバイス700は、可視光に対して透明な対向基板802に連結され得る。対向基板802は、焼戻しガラスまたは強化ガラスを含み得る。特定の実施形態では、エレクトロクロミックデバイス700と対向基板802との間に接着剤(図示せず)が使用され得る。絶縁ガラスユニット800は、ガラスパネル804、スペーサ822、及び封止材料824をさらに含み得る。対向基板802と同様に、ガラスパネル804は、焼戻しガラスまたは強化ガラスを含み得る。さらに、ガラスパネル804は、基板200に関して前述の太陽光制御層と同様の太陽光制御層を含み得る、積層体の一部であり得る。絶縁ガラスユニットは、ガラスパネル804ではなく、基板200内に太陽光制御層を含み得、ガラスパネル804内またはそこに取り付けられた太陽光制御層、または基板200の各々を有し、ガラスパネル804内に、またはそこに取り付けられた、太陽光制御層が使用され得る。この最後の代替案では、太陽光制御層は、異なる機能を果たし得る。例えば、建物の外側により近い太陽光制御層は、近赤外線を排除するのに役立ち得、建物の内側により近い他の太陽光制御層は、低放射材料を含むか、または紫外線を排除するのに役立ち得る。封止作業中、不活性ガス(アルゴンまたはクリプトンなど)、N2、空気などが、空隙806を充填してもよい。
任意選択的に、エレクトロクロミックデバイス700の形成後、エレクトロクロミックデバイス700は、応力を低減するか、または別の目的のためにアニールされてもよい。アニールは、焼成とは別個に実施されてもよい。別の実施形態では、焼成の焼結部分は、アニール作業と組み合わせられてもよい。バリア層309は、透明導電層410に著しい悪影響を与えることなく、アニール、空気などの酸化雰囲気、またはその両方へ使用するための、より高い温度を可能にし得る。アニールは、100℃〜600℃の範囲の温度で実施され得る。
(1)可動イオンが第1の透明導電層の中に移動することか、(2)Agがエレクトロクロミック層もしくは対向電極層の中に移動することか、または(1)及び(2)の両方を防止するための手段は、Agフィルムが透明導電層410の一部として使用されるときに、エレクトロクロミックデバイスをより長く動作可能に保持するのに役立つ。前述のように、バリア層309は、可動イオンまたはAgの移動を防止するための手段を提供する。
別の実施形態では、透明導電層202は、透明導電層410に関して前述のような組成を有し得る。バリア層は、層202と204との間で使用され、組成物を有し、バリア層309に関して前述のように形成され得る。
本明細書に記載の実施形態は、ECスタック内に低放射フィルムを組み込むことを可能にし、さらに良好な動作特性を有し得る。バリア層309、または可動イオンもしくはAgの移動を防止するための他の手段は、Li+などの可動イオンの透明導電層への移動、またはAgのEC層もしくはCE層への移動を低減または排除するのに役立ち得る。したがって、ECスタックから分離されかつ隔置された低放射フィルムを必要としない。透明導電層内で、低放射フィルムは、良好な導電性を有し、エレクトロクロミックデバイスを通る可視光の十分な透過を可能にする厚さを有するAgフィルムであり得る。
多くの異なる態様及び実施形態が可能である。それらの態様及び実施形態のいくつかを以下に記載する。本明細書を読んだ後、当業者は、それらの態様及び実施形態が単に例証的なものであり、本発明の範囲を限定しないことを認識するであろう。例示的実施形態は、以下に列挙されるもののうちの任意の1つ以上に従い得る。
実施形態1.エレクトロクロミックデバイスであって、
基板と、
基板上のエレクトロクロミック層または対向電極層であって、可動イオンを含むエレクトロクロミック層または対向電極層と、
基板上にあり、Agを含む第1の透明導電層と、
第1の透明導電層と、エレクトロクロミック層または対向電極層との間に配置されたバリア層と、を備える、エレクトロクロミックデバイス。
基板と、
基板上のエレクトロクロミック層または対向電極層であって、可動イオンを含むエレクトロクロミック層または対向電極層と、
基板上にあり、Agを含む第1の透明導電層と、
第1の透明導電層と、エレクトロクロミック層または対向電極層との間に配置されたバリア層と、を備える、エレクトロクロミックデバイス。
実施形態2.エレクトロクロミックデバイスであって、
基板と、
基板上のエレクトロクロミック層または対向電極層であって、可動イオンを含むエレクトロクロミック層または対向電極層と、
基板上にあり、Agを含む第1の透明導電層と、
手段であって、
(1)可動イオンが、前記第1の透明導電層の中に移動することか、
(2)Agが、エレクトロクロミック層もしくは対向電極層の中に移動することか、または
(1)及び(2)の両方を防止するための手段と、を備える、エレクトロクロミックデ
バイス。
基板と、
基板上のエレクトロクロミック層または対向電極層であって、可動イオンを含むエレクトロクロミック層または対向電極層と、
基板上にあり、Agを含む第1の透明導電層と、
手段であって、
(1)可動イオンが、前記第1の透明導電層の中に移動することか、
(2)Agが、エレクトロクロミック層もしくは対向電極層の中に移動することか、または
(1)及び(2)の両方を防止するための手段と、を備える、エレクトロクロミックデ
バイス。
実施形態3.エレクトロクロミックデバイスが、
第1の透明導電層と、
バリア層と、
エレクトロクロミック層と、
対向電極層と、
第2の透明導電層と、を備えるエレクトロクロミックスタックを含み、
第1の透明導電層が、エレクトロクロミック層及び対向電極層のうちの一方に連結され、第2の透明導電層が、エレクトロクロミック層及び対向電極層の他方に連結されている、実施形態1または2に記載のエレクトロクロミックデバイス。
第1の透明導電層と、
バリア層と、
エレクトロクロミック層と、
対向電極層と、
第2の透明導電層と、を備えるエレクトロクロミックスタックを含み、
第1の透明導電層が、エレクトロクロミック層及び対向電極層のうちの一方に連結され、第2の透明導電層が、エレクトロクロミック層及び対向電極層の他方に連結されている、実施形態1または2に記載のエレクトロクロミックデバイス。
実施形態4.エレクトロクロミックデバイスを形成するプロセスであって、
基板を提供することと、
基板上にエレクトロクロミック層または対向電極層を形成することであって、エレクトロクロミック層または対向電極層を形成後、エレクトロクロミック層または対向電極層が可動イオンを含む、形成することと、
基板上にバリア層を形成することと、
基板上にあり、Agを含む第1の透明導電層を形成することと、を含み、
バリア層を形成することが、エレクトロクロミック層または対向電極層を形成することと、第1の透明導電層を形成することとの間に形成される、プロセス。
基板を提供することと、
基板上にエレクトロクロミック層または対向電極層を形成することであって、エレクトロクロミック層または対向電極層を形成後、エレクトロクロミック層または対向電極層が可動イオンを含む、形成することと、
基板上にバリア層を形成することと、
基板上にあり、Agを含む第1の透明導電層を形成することと、を含み、
バリア層を形成することが、エレクトロクロミック層または対向電極層を形成することと、第1の透明導電層を形成することとの間に形成される、プロセス。
実施形態5.バリア層を形成することが、原子層堆積法を使用して実施される、実施形態4に記載のプロセス。
実施形態6.バリア層を形成することが、化学蒸着法を使用して実施される、実施形態4に記載のプロセス。
実施形態7.バリアを形成することが、有機金属化合物、金属ハロゲン化物、または金属カルボニル化合物を含む金属含有前駆体を使用して実施される、実施形態4〜6のいずれか一項に記載のプロセス。
実施形態8.有機金属化合物が、金属アルキル化合物、金属アルコキシド化合物、またはジアルキルアミノ金属を含み、各アルキル基またはアルコキシド基が、4個以下の炭素原子を有する、実施形態7に記載のプロセス。
実施形態9.有機金属化合物が、テトラキス(アルキル)金属(IV)、テトラキス(ジアルキルアミノ)金属(IV)、テトラキス(アルコキシド)金属(IV)、またはビス(アルキルシクロペンタジエニル)アルコキシアルキル金属(IV)を含み、各アルキル基及び各アルコキシド基が、多くとも4個の炭素原子を有する、実施形態7または8に記載のプロセス。
実施形態10.有機金属化合物が、ペンタキス(アルキル)金属(V)、ペンタキス(ジアルキルアミノ)金属(V)、またはペンタキス(アルコキシド)金属(V)を含み、各アルキル基及び各アルコキシド基が、多くとも4個の炭素原子を有する、実施形態7または8に記載のプロセス。
実施形態11.有機金属化合物が、Al(CH3)3を含む、実施形態7〜9のいずれか一項に記載のプロセス。
実施形態12.バリア層を形成することが、H2O、H2O2、O2、もしくはO3、またはそれらの任意の組み合わせを使用して実施される、実施形態4〜11のいずれか一項に記載のプロセス。
実施形態13.バリア層を形成することが、NH3、N2H2、またはN2とH2の混合物、またはそれらの任意の組み合わせを使用して実施される、実施形態4〜12のいずれか一項に記載のプロセス。
実施形態14.バリア層を形成することが、シリコン含有ガスを使用して実施される、実施形態4〜13のいずれか一項に記載のプロセス。
実施形態15.バリア層を形成することが、プラズマアシスト技術を使用して形成される、実施形態4〜14のいずれか一項に記載のプロセス。
実施形態16.
他のエレクトロクロミック層または対向電極層を形成することと、
第2の透明導電層を形成することと、をさらに含み、
第1の透明導電層が、エレクトロクロミック層及び対向電極層のうちの一方に連結され、第2の透明導電層が、エレクトロクロミック層及び対向電極層の他方に連結されている、実施形態4〜15のいずれか一項に記載のエレクトロクロミックデバイス。
他のエレクトロクロミック層または対向電極層を形成することと、
第2の透明導電層を形成することと、をさらに含み、
第1の透明導電層が、エレクトロクロミック層及び対向電極層のうちの一方に連結され、第2の透明導電層が、エレクトロクロミック層及び対向電極層の他方に連結されている、実施形態4〜15のいずれか一項に記載のエレクトロクロミックデバイス。
実施形態17.バリア層が共形である、実施形態1〜16のいずれか一項に記載のエレクトロクロミックデバイスまたはプロセス。
実施形態18.バリア層が、少なくとも5nm、少なくとも11nm、または少なくとも15nmの厚さを有する、実施形態1〜17のいずれか一項に記載のエレクトロクロミックデバイスまたはプロセス。
実施形態19.バリア層が、多くとも200nm、多くとも100nm、または多くとも80nmの厚さを有する、実施形態1〜18のいずれか一項に記載のエレクトロクロミックデバイスまたはプロセス。
実施形態20.バリア層が、5nm〜200nm、11nm〜100nm、または15nm〜80nmの範囲の厚さを有する、実施形態1〜19のいずれか一項に記載のエレクトロクロミックデバイスまたはプロセス。
実施形態21.バリア層が、金属酸化物を含む、実施形態4〜12及び15〜20のいずれか一項に記載のエレクトロクロミックデバイスまたはプロセス。
実施形態22.バリア層が、Al2O3を含む、実施形態21に記載のエレクトロクロミックデバイスまたはプロセス。
実施形態23.バリア層が、TiO2を含む、実施形態21に記載のエレクトロクロミックデバイスまたはプロセス。
実施形態24.バリア層が、金属窒化物を含む、実施形態4〜11、13、及び15〜20のいずれか一項に記載のエレクトロクロミックデバイスまたはプロセス。
実施形態25.バリア層が、AlNを含む、実施形態24に記載のエレクトロクロミックデバイスまたはプロセス。
実施形態26.バリア層が、TiNを含む、実施形態24に記載のエレクトロクロミックデバイスまたはプロセス。
実施形態27.バリア層が、金属シリコン化合物を含む、実施形態4、11、及び14〜20のいずれか一項に記載のエレクトロクロミックデバイスまたはプロセス。
実施形態28.バリア層が、チタンシリコン窒化物、タンタルシリコン窒化物、またはタングステンシリコン窒化物を含む、実施形態27に記載のエレクトロクロミックデバイスまたはプロセス。
実施形態29.バリア層が、第1の透明導電層内のAgから隔置されている、実施形態1〜28のいずれか一項に記載のエレクトロクロミックデバイスまたはプロセス。
実施形態30.Agとバリア層との間に、第1の透明導電性酸化物をさらに含む、実施形態1〜29のいずれか一項に記載のエレクトロクロミックデバイスまたはプロセス。
実施形態31.バリア層とは反対のAgの側面に沿って第2の透明導電性酸化物をさらに含む、実施形態1〜30のいずれか一項に記載のエレクトロクロミックデバイスまたはプロセス。
実施形態32.エレクトロクロミック層と対向電極層との間に、電解質層をさらに含む、実施形態1〜31のいずれか一項に記載のエレクトロクロミックデバイスまたはプロセス。
概要または実施例にて上述の行為の全てが必要とされるわけではないこと、特定の行為のうちの一部分は必要とされない場合があること、また1つ以上のさらなる行為が記載のものに加えて実施される場合があることに留意されたい。またさらに、行為が列挙される順序は、必ずしもそれらが実施される順序ではない。
明瞭性のために、別個の実施形態の文脈において本明細書に記載のある種の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供されてもよい。逆に、簡潔性のために、単一の実施形態の文脈に記載の様々な特徴はまた、別個にまたは任意の下位組み合わせで提供されてもよい。さらに、範囲内に記載の値への言及は、その範囲内の各値及び全ての値を含む。
利益、他の利点、及び問題の解決策が、特定の実施形態に関して上に記載されている。しかしながら、任意の利益、利点、または解決策を生じさせるか、またはより明白にさせることができる利益、利点、問題の解決策、及び任意の特徴(複数可)は、特許請求の範囲のうちのいずれかまたは全ての決定的な、必須の、または本質的な特徴と解釈されるべきではない。
本明細書に記載の実施形態の明細書及び例証は、様々な実施形態の構造の一般的な理解を提供することを意図される。本明細書及び図解は、本明細書に記載の構造または方法を使用する装置及びシステムの要素及び特徴の全ての徹底的及び包括的説明として機能することを意図しない。別個の実施形態はまた、単一の実施形態において組み合わせて提供されてもよく、反対に、簡潔さのために単一の実施形態の文脈に記載の様々な特徴もまた、別個にまたは任意の下位組み合わせで提供されてもよい。さらに、範囲内に記載の値への言及は、その範囲内の各値及び全ての値を含む。多数の他の実施形態は、本明細書を単に読んだ後にのみ当業者に明らかとなり得る。構造的置換、論理的置換、または別の変更が本開示の範囲から逸脱することなくなされることができるように、他の実施形態は、使用されかつそれから派生してもよい。したがって、本開示は、制限的であるよりもむしろ例証的であるとみなされるべきである。
Claims (15)
- エレクトロクロミックデバイスであって、
基板と、
前記基板上のエレクトロクロミック層または対向電極層であって、可動イオンを含むエレクトロクロミック層または対向電極層と、
前記基板上にあり、Agを含む第1の透明導電層と、
第1の透明導電層と、前記エレクトロクロミック層または対向電極層との間に配置されたバリア層と、を備える、エレクトロクロミックデバイス。 - 前記バリア層が、共形的である、請求項1に記載のエレクトロクロミックデバイス。
- 前記バリア層が、5nm〜200nm、11nm〜100nm、または15nm〜80nmの範囲の厚さを有する、請求項1に記載のエレクトロクロミックデバイス。
- 前記バリア層が、前記第1の透明導電層内の前記Agから隔置されている、請求項1に記載のエレクトロクロミックデバイス。
- 前記Agと前記バリア層との間に、第1の透明導電性酸化物をさらに含む、請求項1に記載のエレクトロクロミックデバイス。
- 前記エレクトロクロミックデバイスが、
前記第1の透明導電層と、
前記バリア層と、
前記エレクトロクロミック層と、
前記対向電極層と、
第2の透明導電層と、を備えるエレクトロクロミックスタックを含み、
前記第1の透明導電層が、前記エレクトロクロミック層及び前記対向電極層のうちの一方に連結され、前記第2の透明導電層が、前記エレクトロクロミック層及び前記対向電極層の他方に連結されている、請求項1に記載のエレクトロクロミックデバイス。 - 前記バリア層が、金属酸化物を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のエレクトロクロミックデバイス。
- 前記バリア層が、Al2O3を含む、請求項7に記載のエレクトロクロミックデバイス。
- 前記バリア層が、TiO2を含む、請求項7に記載のエレクトロクロミックデバイス。
- エレクトロクロミックデバイスであって、
基板と、
前記基板上のエレクトロクロミック層または対向電極層であって、可動イオンを含むエレクトロクロミック層または対向電極層と、
前記基板上にあり、Agを含む第1の透明導電層と、
手段であって、
(1)前記可動イオンが、前記第1の透明導電層の中に移動することか、
(2)Agが、前記エレクトロクロミック層もしくは対向電極層の中に移動することか、または
(1)及び(2)の両方、を防止するための手段と、を備える、エレクトロクロミックデバイス。 - エレクトロクロミックデバイスを形成するプロセスであって、
基板を提供することと、
前記基板上にエレクトロクロミック層または対向電極層を形成することであって、前記エレクトロクロミック層または前記対向電極層を形成後、前記エレクトロクロミック層または対向電極層が可動イオンを含む、形成することと、
前記基板上にバリア層を形成することと、
前記基板上にあり、Agを含む第1の透明導電層を形成することと、を含み、
前記バリア層を形成することが、前記エレクトロクロミック層または対向電極層を形成することと、前記第1の透明導電層を形成することとの間に形成される、プロセス。 - 前記バリアを形成することが、有機金属化合物、金属ハロゲン化物、または金属カルボニル化合物を含む金属含有前駆体を使用して実施される、請求項11に記載のプロセス。
- 前記有機金属化合物が、金属アルキル化合物、金属アルコキシド化合物、またはジアルキルアミノ金属を含み、各アルキル基またはアルコキシド基が、4個以下の炭素原子を有する、請求項12に記載のプロセス。
- 前記バリア層を形成することが、H2O、H2O2、O2、もしくはO3、またはそれらの任意の組み合わせを使用して実施される、請求項13に記載のプロセス。
- 前記バリア層を形成することが、原子層堆積法を使用して実施される、請求項11〜14のいずれか一項に記載のプロセス。
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