JP2022507747A

JP2022507747A - 見込み生産のパターン化された透明導電層

Info

Publication number: JP2022507747A
Application number: JP2021527225A
Authority: JP
Inventors: ワン、イーガン; －クリストフジロン、ジャン; ディー．グリーア、ブライアン; マリウスサーラック、セバスチャン; ダブレン、トーマス
Original assignee: セイジ・エレクトロクロミクス，インコーポレイテッド
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2022-01-18
Also published as: US20230013577A1; EP3903149A1; WO2020139604A1; TW202029483A; US20200209701A1; TWI725667B; JP2023071801A; EP3903149A4; US11460748B2; CN113454528A

Abstract

電気化学デバイスおよび該デバイスを形成する方法を開示する。本方法は、基板および基板を覆うスタックを提供することを含むことができる。スタックは、基板の上の第１の透明導電層と、第１の透明導電層の上の陰極電気化学層と、エレクトロクロミック層の上の陽極電気化学層と、陽極電気化学層を覆う第２の透明導電層と、を含むことができる。本方法は、スタックの上に絶縁層を堆積させることと、第２の透明導電層の第１のパターンを決定することと、を含むことができる。第１のパターンは、第１の領域および第２の領域を含むことができる。第１の領域および第２の領域は、同じ材料とすることができる。本方法は、第１の領域から材料を除去することなく、第２の透明導電層の第１の領域をパターン化することを含むことができる。第１の領域は、第１の抵抗率を有することができ、第２の領域は、第２の抵抗率を有することができる。

Description

本開示は、電気化学デバイスおよびそれを形成する方法に関する。

電気化学デバイスは、エレクトロクロミックスタックを含むことができ、透明導電層を使用して、スタックの動作のための電気接続を提供する。エレクトロクロミック（ＥＣ）デバイスは、印加電位に応じて、電気化学的酸化および還元に続いて、それらの光学特性を可逆的に改変することが可能な材料を採用する。光変調は、電気化学材料格子における電子および電荷補償イオンの同時挿入および抽出の結果である。

エレクトロクロミックデバイスの進歩は、デバイスが、製造中のスループットを維持しながら、より高速かつより均一なスイッチング速度を有することを求めている。

したがって、エレクトロクロミックデバイスの製造におけるさらなる改善が求められる。

一実施形態による、エレクトロクロミックデバイスの概略断面図である。本開示の一実施形態による、様々な製造段階での電気化学の概略断面図である。本開示の一実施形態による、様々な製造段階での電気化学の概略断面図である。本開示の一実施形態による、様々な製造段階での電気化学の概略断面図である。本開示の一実施形態による、様々な製造段階での電気化学の概略断面図である。本開示の一実施形態による、様々な製造段階での電気化学の概略断面図である。本開示の一実施形態による、様々な製造段階での電気化学の概略断面図である。本開示の一実施形態による、様々な製造段階での電気化学の概略断面図である。本開示の一実施形態による、電気化学デバイスを形成するためのプロセスを表すフローチャートである。様々な実施形態による、透明導電層の概略上面図である。様々な実施形態による、透明導電層の概略上面図である。本開示の一実施形態による、絶縁グレージングユニットの概略図である。様々なサンプルの保持電圧のグラフである。

当業者は、図中の要素が単純化および明瞭化のために示されており、必ずしも縮尺どおりに描かれていないことを理解している。例えば、図中の要素のいくつかの寸法は、本発明の実施形態の理解を改善するのを助けるために、他の要素に対して誇張されている場合がある。

図面と組み合わせた以下の説明は、本明細書に開示される教示を理解するのを助けるために提供される。以下の考察は、本教示の特定の実施形態および実施形態に焦点を当てている。この焦点は、本教示を説明するのを助けるために提供されており、本教示の範囲または適用性に対する限定として解釈されるべきではない。

本明細書で使用される場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、またはこれらの任意の他の変形語は、非排他的な包含を含むことを意図している。例えば、特徴のリストを含むプロセス、方法、物品、または装置は、必ずしもそれらの特徴だけに限定されず、明示的に列記されていない、またはそのようなプロセス、方法、物品、または装置に固有でない他の特徴を含み得る。さらに、そうではないと明示的に述べられていない限り、「または（ｏｒ）」は、包含的な「または」を指し、排他的な「または」を指さない。例えば、条件ＡまたはＢは、以下のいずれか１つによって満たされる。Ａは真（または存在する）かつＢは偽（または存在しない）、Ａは偽（または存在しない）かつＢは真（または存在する）、およびＡとＢとの両方が真（または存在する）である。

「１つ（ａ）」または「１つ（ａｎ）」の使用は、本明細書に記載の要素および構成要素を説明するために採用される。これは単に便宜上および本発明の範囲の一般的な意味を与えるために行われている。この説明は、他を意味することが明確でない限り、１つまたは少なくとも１つおよび複数も含む単数形、またはその逆を含むように読まれる必要がある。

「約（ａｂｏｕｔ）」、「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、または「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」という単語の使用は、パラメータの値が記載の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、わずかな違いにより、値または位置が記載どおりにならない場合がある。

バスバー、孔、孔などを含むパターン化された特徴は、幅、深さまたは厚さ、および長さを有することができ、長さは、幅および深さまたは厚さよりも長い。本明細書で使用されるとき、直径は、円の幅であり、短軸は、楕円の幅である。

「インピーダンスパラメータ」は、デバイスに５ｍＶ～５０ｍＶが印加されたときに、－２０℃で、ＤＣバイアスによって５×５ｃｍのデバイス上で、２ｌｏｇ（周波数／Ｈｚ）で測定される、電気化学デバイスの有効抵抗－オーミック抵抗および電気化学的リアクタンスの複合効果－の測定値である。結果として生じる電流を測定し、１００Ｈｚ～６ＭＨｚの範囲の各周波数でのインピーダンスおよび位相角を計算する。

他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術的および科学的用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。材料、方法、および例は、例示的なものにすぎず、限定的であることを意図しない。本明細書で説明しない程度で、特定の材料および処理行為に関する多くの詳細は従来通りであり、ガラス、蒸着、およびエレクトロクロミック技術の範囲内の教科書および他の情報源に見出され得る。

本開示によれば、図１は、改善されたフィルム構造を有する、部分的に製作された電気化学デバイス１００の断面図を例示する。例示を明瞭にする目的で、電気化学デバイス１００は、可変透過デバイスである。一実施形態において、電気化学デバイス１００は、エレクトロクロミックデバイスとすることができる。別の実施形態において、電気化学デバイス１００は、薄膜電池とすることができる。しかしながら、本開示は、他のタイプのスクライブしたエレクトロアクティブデバイス、電気化学デバイス、ならびに異なるスタックまたはフィルム構造（例えば、追加の層）を有する他のエレクトロクロミックデバイスに同様に適用可能であることが認識されるであろう。追加的に、エレクトロアクティブデバイスは、自動車、ウインドウ、ファサード、建物の外面、搬送車両、電車、または鏡に組み込むことができる。図１の電気化学デバイス１００に関して、デバイス１００は、基板１１０および基板１１０を覆うスタックを含むことができる。スタックは、第１の透明導体層１２０と、陰極電気化学層１３０と、陽極電気化学層１４０と、第２の透明導体層１５０と、を含むことができる。デバイス１００はまた、絶縁層１７０も含むことができる。一実施形態において、スタックはまた、陰極電気化学層１３０と陽極電気化学層１４０との間にイオン伝導層も含むことができる。

一実施形態において、基板１１０としては、ガラス基板、サファイア基板、酸窒化アルミニウム基板、またはスピネル基板を挙げることができる。別の実施形態において、基板１１０は、ポリアクリル酸化合物、ポリアルケン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリイミド、ポリスルホン、ポリスルフィド、ポリウレタン、ポリビニルアセテート、別の好適な透明ポリマー、または上述のコポリマーなどの、透明ポリマーを含むことができる。基板１１０は、可撓性であるか、またはそうでない場合がある。特定の実施形態において、基板１１０は、フロートガラスまたはホウケイ酸ガラスとすることができ、厚さ０．５ｍｍ～１２ｍｍの範囲の厚さを有することができる。基板１１０は、１２ｍｍ、１０ｍｍ以下、８ｍｍ以下、６ｍｍ以下、５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１．５ｍｍ以下、１ｍｍ以下、または０．０１ｍｍ以下などの、１６ｍｍ以下の厚さを有することができる。別の特定の実施形態において、基板１１０は、５０ミクロン～３００ミクロンの範囲の厚さを有する無機ガラスである、極薄ガラスを含むことができる。特定の実施形態において、基板１１０は、形成されている多くの異なる電気化学デバイスのために使用することができ、マザーボードと称することができる。

透明導電層１２０および１５０は、導電性金属酸化物または導電性ポリマーを含むことができる。その例としては、いずれかをＡｌ、Ｇａ、Ｉｎなどの三価元素でドープすることができる酸化スズもしくは酸化亜鉛、フッ素化酸化スズ、またはポリアニリン、ポリピロール、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）などのスルホン化ポリマーなどを挙げることができる。別の実施形態において、透明導電層１２０および１５０は、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。透明導電層１２０および１５０は、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、ドープ酸化インジウム、酸化スズ、ドープ酸化スズ、酸化亜鉛、ドープ酸化亜鉛、酸化ルテニウム、ドープ酸化ルテニウム、およびこれらの任意の組み合わせを含むことができる。透明導電層１２０および１５０は、同じまたは異なる組成を有することができる。一実施形態において、陽極電気化学層１４０の上の透明導電層１５０は、アクティブスタックから材料を除去することなく、第１の抵抗率および第２の抵抗率を有することができる。一実施形態において、透明導電層１５０は、パターン１５２の第１の部分が第１の抵抗率に対応し、パターン１５４の第２の部分が第２の抵抗率に対応するパターンを有することができる。パターン１５２の第１の部分およびパターン１５４の第２の部分は、同じ材料とすることができる。一実施形態において、パターン１５２の第１の部分は、抵抗率を増加させるために、短パルスレーザによって改変されている。一実施形態において、第１の抵抗率は、第２の抵抗率よりも大きい。別の実施形態において、第１の抵抗率は、第２の抵抗率よりも小さい。以下でより詳細に説明するように、パターンの第１の部分およびパターンの第２の部分は、第２の透明導電層１５０を改変することに由来する。

透明導電層１２０および１５０は、１０ｎｍ～６００ｎｍの厚さを有することができる。一実施形態において、透明導電層１２０および１５０は、２００ｎｍ～５００ｎｍの厚さを有することができる。一実施形態において、透明導電層１２０および１５０は、３２０ｎｍ～４６０ｎｍの厚さを有することができる。一実施形態において、第１の透明導電層１２０は、１０ｎｍ～６００ｎｍの厚さを有することができる。一実施形態において、第２の透明導電層１５０は、８０ｎｍ～６００ｎｍの厚さを有することができる。

層１３０および１４０は、電極層とすることができ、一方の層は、陰極電気化学層とすることができ、他方の層は、陽極エレクトロクロミック層（対向電極層とも称される）とすることができる。一実施形態において、陰極電気化学層１３０は、エレクトロクロミック層である。陰極電気化学層１３０は、無機金属酸化物材料、例えばＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、Ｎｉ２Ｏ３、ＮｉＯ、Ｉｒ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、Ｍｎ２Ｏ３、混合酸化物（例えば、Ｗ－Ｍｏ酸化物、Ｗ－Ｖ酸化物）、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができ、４０ｎｍ～６００ｎｍの範囲の厚さを有することができる。一実施形態において、陰極電気化学層１３０は、１００ｎｍ～４００ｎｍの厚さを有することができる。一実施形態において、陰極電気化学層１３０は、３５０ｎｍ～３９０ｎｍの厚さを有することができる。陰極電気化学層１３０は、リチウム、アルミニウム、ジルコニウム、リン、窒素、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン、ホウ素、リチウムを含むもしくは含まないホウ酸塩、リチウムを含むもしくは含まない酸化タンタル、リチウムを含むもしくは含まないランタニド系材料、別のリチウム系セラミック材料、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。

陽極エレクトロクロミック層１４０は、陰極エレクトロクロミック層１３０もしくはＴａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｓｂ２Ｏ３に関して列記される材料のいずれか、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができ、酸化ニッケル（ＮｉＯ、Ｎｉ２Ｏ３、または２つの組み合わせ）、およびＬｉ、Ｎａ、Ｈ、または別のイオンをさらに含むことができ、４０ｎｍ～５００ｎｍの範囲の厚さを有することができる。一実施形態において、陽極エレクトロクロミック層１４０は、１５０ｎｍ～３００ｎｍの厚さを有することができる。一実施形態において、陽極エレクトロクロミック層１４０は、２５０ｎｍ～２９０ｎｍの厚さを有することができる。いくつかの実施形態において、リチウムが、第１の電極１３０または第２の電極１４０のうちの少なくとも１つに挿入され得る。

別の実施形態において、デバイス１００は、基板１１０と第１の透明導電層１２０との間に複数の層を含むことができる。一実施形態において、基板１１０と第１の透明導電層１２０との間に反射防止層があり得る。反射防止層は、ＳｉＯ２、ＮｂＯ２、Ｎｂ２Ｏ５を含むことができ、２０ｎｍ～１００ｎｍの厚さとすることができる。デバイス１００は、少なくとも２つのバスバーを含むことができ、一方のバスバーが第１の透明導電層１２０に電気的に接続され、第２のバスバーが第２の透明導電層１５０に電気的に接続される。

図３は、本開示の一実施形態によるエレクトロクロミックデバイスを形成するためのプロセス３００を表すフローチャートである。図２Ａ～図２Ｅは、本開示の一実施形態による様々な製造段階でのエレクトロクロミックデバイス２００の概略断面図である。エレクトロクロミックデバイス２００は、上記のエレクトロクロミックデバイス１００と同様であり得る。プロセスは、基板２１０を形成することを含むことができる。基板２１０は、上記の基板１１０と同様であり得る。動作３１０で、図２Ａに示すように、基板２１０上に第１の透明導電層２２０を堆積させることができる。第１の透明導電層２２０は、上記の第１の透明導電層１２０と同様であり得る。一実施形態において、第１の透明導電層２２０の堆積は、５ｋＷ～２０ｋＷの電力で、２００℃～４００℃で、酸素およびアルゴンを含むスパッタガス中で、０．１ｍ／分～０．５ｍ／分の速度で、スパッタ堆積によって実行することができる。一実施形態において、スパッタガスは、４０％～８０％の酸素および２０％～６０％のアルゴンを含む。一実施形態において、スパッタガスは、５０％の酸素および５０％のアルゴンを含む。一実施形態において、スパッタ堆積の温度は、２５０℃～３５０℃とすることができる。一実施形態において、第１の透明導電層２２０は、１０ｋＷ～１５ｋＷの電力で、スパッタ堆積によって実行することができる。

一実施形態において、基板２１０と第２の透明導電層２２０との間に中間層を堆積させることができる。一実施形態において、中間層は、反射防止層などの絶縁層を含むことができる。反射防止層は、酸化シリコン、酸化ニオブ、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。特定の実施形態において、中間層は、反射の低減を補助するために使用することができる、反射防止層とすることができる。反射防止層は、下層（下層の屈折率は、およそ２．０とすることができる）と、ＡｒまたはＮ２などのクリーンで乾燥した空気または不活性ガス（多くのガスは、およそ１．０の屈折率を有する）との間の屈折率を有することができる。一実施形態において、反射防止層は、１．４～１．６の範囲の屈折率を有することができる。反射防止層は、好適な屈折率を有する絶縁材料を含むことができる。特定の実施形態において、反射防止層は、シリカを含むことができる。反射防止層の厚さは、薄くて十分な反射防止特性を提供するように選択することができる。反射防止層の厚さは、エレクトロクロミック層１３０および対向電極層１４０の屈折率に少なくとも部分的に依存することができる。中間層の厚さは、２０ｎｍ～１００ｎｍの範囲とすることができる。

動作３２０で、図２Ｂに示すように、第１の透明導電層２２０上にエレクトロクロミック層２３０を堆積させることができる。エレクトロクロミック層２３０は、上記のエレクトロクロミック層１３０と同様であり得る。一実施形態において、エレクトロクロミック層２３０の堆積は、２３℃～４００℃の温度で、酸素およびアルゴンを含むスパッタガス中で、タングステンのスパッタ堆積によって実行することができる。一実施形態において、スパッタガスは、４０％～８０％の酸素および２０％～６０％のアルゴンを含む。一実施形態において、スパッタガスは、５０％の酸素および５０％のアルゴンを含む。一実施形態において、スパッタ堆積の温度は、１００℃～３５０℃である。一実施形態において、スパッタ堆積の温度は、２００℃～３００℃である。追加的に、タングステンの堆積は、１００％の酸素を含むスパッタガス中でスパッタ堆積させることができる。

動作３３０で、図２Ｃに示すように、陰極電気化学層２３０上に陽極電気化学層２４０を堆積させることができる。一実施形態において、陽極電気化学層２４０は、対向電極とすることができる。陽極電気化学層２４０は、上記の陽極電気化学層１４０と同様であり得る。一実施形態において、陽極電気化学層２４０の堆積は、２０℃～５０℃の温度で、タングステン、酸素およびアルゴンを含むスパッタガス中で、ニッケルおよびリチウムのスパッタ堆積によって実行することができる。一実施形態において、スパッタガスは、６０％～８０％の酸素および２０％～４０％のアルゴンを含む。一実施形態において、スパッタ堆積の温度は、２２℃～３２℃である。

動作３４０で、図２Ｄに示すように、陽極電気化学層２４０上に第２の透明導電層２５０を堆積させることができる。第２の透明導電層２５０は、上記の第２の透明導電層１５０と同様であり得る。一実施形態において、第２の透明導電層２５０の堆積は、５ｋＷ～２０ｋＷの電力で、２０℃～５０℃の温度で、酸素およびアルゴンを含むスパッタガス中で、スパッタ堆積によって実行することができる。一実施形態において、スパッタガスは、１％～１０％の酸素および９０％～９９％のアルゴンを含む。一実施形態において、スパッタガスは、８％の酸素および９２％のアルゴンを含む。一実施形態において、スパッタ堆積の温度は、２２℃～３２℃である。一実施形態において、第２の透明導電層２５０を堆積させた後に、基板２１０、第１の透明導電層２２０、陰極電気化学層２３０、陽極電気化学層２４０、および第２の透明導電層２５０を、２分～１０分にわたって３００℃～５００℃の温度で加熱することができる。

動作３５０で、第２の透明導電層２５０上に追加の層を堆積させることができる。一実施形態において、図２Ｅに示すように、追加の層２７０は、絶縁層１７０と同様の絶縁層を含むことができる。一実施形態において、絶縁層は、シリカ（ＳｉＯ２）を含むことができる。一実施形態において、追加の層２７０は、高抵抗透明導電層および絶縁層を含むことができる。絶縁層の堆積の後に、デバイス２００は、積層アクティブスタックとみなすことができる。

上記のスタックの堆積の後に、パターンを決定することができる。パターンは、第１の領域および第２の領域を含むことができる。第１の領域は、第１の抵抗率を有することができ、第２の領域は、第２の抵抗率を有することができる。動作３６０で、図２Ｆに示すように、第２の透明導電層２５０をパターン化することができる。一実施形態において、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長を有する短パルスレーザ２６０を、絶縁層２７０を通して指向させて、第２の透明導電層２５０をパターン化する。一実施形態において、５００ｎｍ～５５０ｎｍの波長を有する短パルスレーザ２６０を、スタックの最上部を通して指向させて、第２の透明導電層２５０をパターン化する。レーザ２６０の波長および持続時間は、デバイス２００内の熱の蓄積を防止するように選択される。一実施形態において、絶縁層２７０は、影響を受けないままであり、一方で、第１の透明導電層２２０をパターン化することができる。絶縁層２７０と第２の透明導電層２５０との間に層を含む一実施形態において、短パルスレーザ２６０は、第２の透明導電層２５０に到達し、パターン化するまで、絶縁層２７０および続く層を通して指向させることができる。第２の透明導電層２５０をパターン化することは、絶縁層２７０、基板２１０、陰極電気化学層２３０、陽極電気化学層２４０、および第１の透明導電層２２０を完全なまま維持しながら行うことができる。別の実施形態において、レーザ２６０は、他のいずれの層にも影響を及ぼすことなく、第２の透明導電層２５０に到達するまで、基板２１０、第１の透明導電層２２０、陰極電気化学層２３０、および陽極電気化学層２４０を通してレーザビームを指向させることによって第２の透明導電層２５０をパターン化するように指向させることができる。

一実施形態において、短パルスレーザ２６０は、５００ｎｍ～５５０ｎｍの波長を有することができる。一実施形態において、短パルスレーザ２６０は、５０フェムト秒～１秒の持続時間にわたって発射する。レーザ２６０の波長は、アクティブスタック内の絶縁層２７０または任意の他の層と比較して、レーザ２６０のエネルギーが第２の透明導電層２５０によって吸収されるように選択することができる。一実施形態において、短パルスレーザ２６０は、デバイス２００にわたって移動させて、パターンを形成することができる。一実施形態において、パターンは、第１の抵抗率および第２の抵抗率を含むことができる。短パルスレーザ２６０は、いかなる材料もスタックから除去することなく、第２の透明導電層２５０の材料を変換して、抵抗率を変化させることができる。すなわち、短パルスレーザ２６０は、決定されたパターンに対応する第１の領域を標的にして、その領域の抵抗率を変化させ、一方で、第１の透明導電層の残部を同じままにする。その場合、結果として生じるパターンは、図２Ｇに示すように、第１の抵抗率および第２の抵抗率を含むことができる。パターン化の前に、第２の透明導電層２５０は、均一な抵抗率を有することができる。パターン化の後に、第２の透明導電層２５０は、第１の抵抗率および第２の抵抗率を含むパターンを有することができる。一実施形態において、第１の領域２５２は、第１の抵抗率を有することができ、第２の領域２５４は、第２の抵抗率を有することができる。一実施形態において、第１の領域２５２および第２の領域２５４は、同じ材料の組成を有することができる。一実施形態において、第１の抵抗率は、第２の抵抗率よりも大きい。一実施形態において、第１の抵抗率は、第２の抵抗率よりも小さい。一実施形態において、第１の抵抗率は、１５Ω／ｓｑ～１００Ω／ｓｑとすることができる。一実施形態において、第２の透明導電層２５０は、第１および第２の抵抗率を含むことができ、一方で、第１の透明導電層２２０は、単一の抵抗率を含むことができる。全ての層を基板２１０に堆積させた後にデバイスをパターン化することは、製造コストを低減させる。全ての層を基板に堆積した後に透明導電層をパターン化することは、透明導電層内に高い抵抗率および低い抵抗率のエリアを作成する。レーザは、パターン化される透明導電層の領域に接触し、その領域の抵抗率を増加させる。その際に、使用されるパターンは、デバイスにわたる様々な地点での抵抗を決定するのを助けて、より均一なスイッチングを生じさせることができる。具体的には、パターン化されたデバイスは、デバイスが透明から着色した状態に移行するときに、デバイスの中央から縁部まで見て、より一様で、均一な、かつ高速な移行を有する。選択的なパターンは、中央から縁部までの抵抗の違いを低減させるので、同じパターン化された透明導電層は、以下の実施例のセクションに例示するように、改善された保持の均一性を示す。保持の均一性は、デバイスがより大きくなるにつれて、またはバスバー間の距離が増加するにつれてより明らかになる。

図４Ａ～図４Ｂは、様々な実施形態による、第２の透明導電層２５０の概略上面図である。第２の透明導電層２５０は、第１の領域４２２および第２の４２４を含むパターンを有することができる。一実施形態において、第１の領域４２２は、第１の抵抗率を有することができ、第２の領域４２４は、第２の抵抗率を有することができる。一実施形態において、パターンは、第２の透明導電層２５０にわたって変化させることができる。一実施形態において、パターンは、幾何学形状を含むことができる。一実施形態において、パターンは、第２の透明導電層２５０の中央に向かってサイズを減少させることができ、第２の透明導電層２５０の対向端部に向かってサイズを増加させることができる。一実施形態において、第１の領域４２２は、図４Ａに示すように、第２の領域４２４よりも小さくすることができる。別の実施形態において、第１の領域４２２は、図２Ｂに示すように、第２の領域４２４よりも大きくすることができる。一実施形態において、第１の領域４２２は、第１の透明導電層２２０の一方の縁部から第２の透明導電層２５０の対向縁部へ増加させるように、累進的にすることができる。第１の領域４２２は、円形、正方形、長方形、線形、六角形、多角形、三角形、またはこれらの任意の組み合わせとすることができる。

電気化学デバイスのいずれかは、その後に、絶縁ガラスユニットの一部として処理することができる。図５は、本開示の実施形態による、絶縁グレージングユニット５００の概略図である。絶縁ガラスユニット５００は、第１のパネル５０５と、第１のパネル５０５に結合された電気化学デバイス５２０と、第２のパネル５１０と、第１のパネル５０５と第２のパネル５１０との間のスペーサ５１５と、を含むことができる。第１のパネル５０５は、ガラスパネル、サファイアパネル、酸窒化アルミニウムパネル、またはスピネルパネルとすることができる。別の実施形態において、第１のパネルは、ポリアクリル酸化合物、ポリアルケン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリイミド、ポリスルホン、ポリスルフィド、ポリウレタン、ポリビニルアセテート、別の好適な透明ポリマー、または上述のコポリマーなどの、透明ポリマーを含むことができる。第１のパネル５０５は、可撓性であるか、またはそうでない場合がある。特定の実施形態において、第１のパネル５０５は、フロートガラスまたはホウケイ酸ガラスとすることができ、厚さ２ｍｍ～２０ｍｍの範囲の厚さを有することができる。第１のパネル５０５は、熱処理パネル、熱強化パネル、またはテンパーパネルとすることができる。一実施形態において、電気化学デバイス５２０は、第１のパネル５０５に結合される。別の実施形態において、電気化学デバイス５２０は、基板５２５上にあり、基板５２５は、第１のパネル５０５に結合される。一実施形態において、第１のパネル５０５と電気化学デバイス５２０との間に積層中間層５３０が配置され得る。一実施形態において、第１のパネル５０５と電気化学デバイス５２０を含む基板５２５との間に積層中間層５３０が配置され得る。電気化学デバイス５２０は、基板５２５の第１の側５２１とすることができ、積層中間層５３０は、基板の第２の側５２２に結合することができる。第１の側５２１は、第２の側５２２と平行で、かつその反対側とすることができる。

第２のパネル５１０は、ガラスパネル、サファイアパネル、酸窒化アルミニウムパネル、またはスピネルパネルとすることができる。別の実施形態において、第２のパネルは、ポリアクリル酸化合物、ポリアルケン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリイミド、ポリスルホン、ポリスルフィド、ポリウレタン、ポリビニルアセテート、別の好適な透明ポリマー、または上述のコポリマーなどの、透明ポリマーを含むことができる。第２のパネルは、可撓性であるか、またはそうでない場合がある。特定の実施形態において、第２のパネル５１０は、フロートガラスまたはホウケイ酸ガラスとすることができ、厚さ５ｍｍ～３０ｍｍの範囲の厚さを有することができる。第２のパネル５１０は、熱処理パネル、熱強化パネル、またはテンパーパネルとすることができる。一実施形態において、第１のパネル５０５と第２のパネル５１０との間にスペーサ５１５があり得る。別の実施形態において、基板５２５と第２のパネル５１０との間にスペーサ５１５がある。さらに別の実施形態において、電気化学デバイス５２０と第２のパネル５１０との間にスペーサ５１５がある。

別の実施形態において、絶縁ガラスユニット５００は、追加の層をさらに含むことができる。絶縁ガラスユニット５００は、第１のパネルと、第１のパネル５０５に結合された電気化学デバイス５２０と、第２のパネル５１０と、第１のパネル５０５と第２のパネル５１０との間のスペーサ５１５と、第３のパネルと、第１のパネル５０５と第２のパネル５１０との間の第２のスペーサと、を含むことができる。一実施形態において、電気化学デバイスは、基板上にあり得る。基板は、積層中間層を使用して第１のパネルに結合させることができる。第１のスペーサは、基板と第３のパネルとの間にあり得る。一実施形態において、基板は、一方の側で第１のパネルに結合され、他方の側で第３のパネルから離間されている。すなわち、第１のスペーサは、電気化学デバイスと第３のパネルとの間にあり得る。第２のスペーサは、第３のパネルと第２のパネルとの間にあり得る。そのような一実施形態において、第３のパネルは、第１のスペーサと第２のスペーサとの間にある。すなわち、第３のパネルは、第１の側で第１のスペーサに結合され、第１の側の反対側の第２の側で第２のスペーサに結合される。

上記の、図で例示した実施形態は、長方形状のデバイスに限定されない。むしろ、説明および図は、デバイスの断面図を表すことのみを意味し、いかなる様態においても、そのようなデバイスの形状を限定することを意味しない。－例えば、デバイスは、長方形以外の形状（例えば、三角形構造、円形構造、円弧形構造など）で形成することができる。さらなる例の場合、デバイスは、三次元的（例えば、凸状、凹状など）に成形され得る。－

多くの異なる態様および実施形態が可能である。それらの態様および実施形態のいくつかが以下に説明される。本明細書を読んだ後、当業者は、それらの態様および実施形態が例示にすぎず、本発明の範囲を限定しないことを理解するであろう。例示的な実施形態は、以下に列記したもののうちのいずれか１つ以上に従うことができる。

実施形態１．電気化学デバイスを形成する方法であって、方法は、基板および基板を覆うスタックを提供することを含むことができる。スタックは、基板の上の第１の透明導電層と、第１の透明導電層の上の陰極電気化学層と、エレクトロクロミック層の上の陽極電気化学層と、陽極電気化学層を覆う第２の透明導電層と、を含むことができる。本方法はまた、スタックの上に絶縁層を堆積させること、および第２の透明導電層の第１のパターンを決定することも含むことができる。第１のパターンは、第１の領域および第２の領域を含むことができる。第１の領域および第２の領域は、同じ材料とすることができる。本方法はまた、第１の領域から材料を除去することなく、第２の透明導電層の第１の領域をパターン化することも含むことができる。パターン化の後、第１の領域は、第１の抵抗率を有することができ、第２の領域は、第２の抵抗率を有することができる。

実施形態２．第２の透明導電層をパターン化して第１の抵抗率および第２の抵抗率を形成することが、基板を通してパターン化され得る、実施形態１に記載の方法。

実施形態３．第２の透明導電層をパターン化して第１の抵抗率および第２の抵抗率を形成することが、アクティブスタックを形成した後にパターン化され得る、実施形態１に記載の方法。

実施形態４．第２の透明導電層をパターン化することが、４００ｎｍ～７００ｎｍの波形を有する短パルスレーザを使用することを含む、実施形態１に記載の方法。

実施形態５．短パルスレーザが、５００ｎｍ～５５０ｎｍの波長を有する、実施形態１に記載の方法。

実施形態６．短パルスレーザを、５０フェムト秒～１秒の持続時間にわたって発射する、実施形態１に記載の方法。

実施形態７．第１の抵抗率が、第２の抵抗率よりも大きい、実施形態１に記載の方法。

実施形態８．第１の抵抗率が、１５Ω／ｓｑ～１００Ω／ｓｑである、実施形態１に記載の方法。

実施形態９．基板が、ガラス、サファイア、酸窒化アルミニウム、スピネル、ポリアクリル酸化合物、ポリアルケン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリイミド、ポリスルホン、ポリスルフィド、ポリウレタン、ポリビニルアセテート、別の好適な透明ポリマー、上述のコポリマー、フロートガラス、ホウケイ酸ガラス、またはこれらの任意の組み合わせを含む、実施形態１に記載の方法。

実施形態１０．スタックが、陰極電気化学層と陽極電気化学層との間にイオン伝導層をさらに備える、実施形態１に記載の方法。

実施形態１１．イオン導電層が、リチウム、ナトリウム、水素、ジュウテリウム、カリウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム、酸化リチウム、Ｌｉ２ＷＯ４、タングステン、ニッケル、炭酸リチウム、水酸化リチウム、過酸化リチウム、またはこれらの任意の組み合わせを含む、実施形態１０に記載の方法。

実施形態１２．陰極電気化学層が、エレクトロクロミック材料を含む、実施形態１に記載の方法。

実施形態１３．エレクトロクロミック材料が、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、Ｎｉ２Ｏ３、ＮｉＯ、Ｉｒ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、Ｍｎ２Ｏ３、混合酸化物（例えば、Ｗ－Ｍｏ酸化物、Ｗ－Ｖ酸化物）、リチウム、アルミニウム、ジルコニウム、リン、窒素、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン、ホウ素、リチウムを含むもしくは含まないホウ酸塩、リチウムを含むもしくは含まない酸化タンタル、リチウムを含むもしくは含まないランタニド系材料、別のリチウム系セラミック材料、またはこれらの任意の組み合わせを含む、実施形態１２に記載の方法。

実施形態１４．第１の透明導電層が、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、ドープ酸化インジウム、酸化スズ、ドープ酸化スズ、酸化亜鉛、ドープ酸化亜鉛、酸化ルテニウム、ドープ酸化ルテニウム、銀、金、銅、アルミニウム、およびこれらの任意の組み合わせを含む、実施形態１に記載の方法。

実施形態１５．第２の透明導電層が、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、ドープ酸化インジウム、酸化スズ、ドープ酸化スズ、酸化亜鉛、ドープ酸化亜鉛、酸化ルテニウム、ドープ酸化ルテニウム、およびこれらの任意の組み合わせを含む、実施形態１に記載の方法。

実施形態１６．陽極電気化学層が、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＭｏＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＣｕＯ、Ｉｒ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、Ｍｎ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｓｂ２Ｏ３、リチウムを含むもしくは含まないランタニド系材料、別のリチウム系セラミック材料、酸化ニッケル（ＮｉＯ、Ｎｉ２Ｏ３、もしくは２つの組み合わせ）、およびＬｉ、窒素、Ｎａ、Ｈ、もしくは別のイオン、任意のハロゲン、またはこれらの任意の組み合わせなどの、無機金属酸化物の電気化学的活性材料を含む、実施形態１に記載の方法。

実施形態１７．第２の透明導電層をパターン化して第１の抵抗率および第２の抵抗率を形成することが、基板、第１の透明導電層、陰極電気化学層、および陽極電気化学層を通してパターン化される、実施形態１に記載の方法。

実施形態１８．基板ならびに基板の上の第１の透明導電層、および第２の透明導電層を含む、電気化学デバイス。第２の透明導電層は、材料を含み、材料は、第１の抵抗率および第２の抵抗率を有する。電気化学デバイスはまた、第１の透明導電層と第２の透明導電層との間の陽極電気化学層、および第１の透明導電層と第２の透明導電層との間の陰極電気化学層も含むことができる。

実施形態１９．材料が、第２の透明導電層から除去されない、実施形態１８に記載の電気化学デバイス。

実施形態２０．絶縁グレージングユニットは、第１のパネルおよび第１のパネルに結合された電気化学デバイスを含むことができる。電気化学デバイスは、基板および基板上に配置された第１の透明導電層を含むことができる。電気化学デバイスはまた、第１の透明導電層を覆う陰極電気化学層と、陰極電気化学層を覆う陽極電気化学層と、第２の透明導電層と、を含むことができる。第２の透明導電層は、材料を含み、材料は、第１の抵抗率および第２の抵抗率を有する。絶縁グレージングユニットはまた、第２のパネルおよび第１のパネルと第２のパネルとの間に配置されたスペーサ枠も含むことができる。

実施形態２１．電気化学デバイスが、第１のパネルと第２のパネルとの間にある、実施形態２０に記載の絶縁グレージングユニット。

実施例は、パターン化された層のない他の電気化学デバイスと比較したときの、パターン化された透明導電層を有する電気化学デバイスの性能を実証するために提供される。以下の様々な実施例について、上記の様々な実施形態に従ってサンプル１（Ｓ１）を形成した。比較試料のサンプル２（Ｓ２）は、パターン化された透明導電層のない一実施形態であると理解される。

図６は、様々なサンプルＳ１およびＳ２の保持電圧のグラフである。図６の例示は、サンプルが透明から淡色に移行するときの保持電圧でのサンプルを示す。図５で分かるように、Ｓ１は、均一なパターンを有し、一方で、Ｓ２は、変化するパターンである。Ｓ１サンプルの場合、保持中の中央から縁部への違いは、８０％を超えて低減された。Ｓ２サンプルは、様々な透過状態を有する。Ｓ１サンプルは、均一な透過状態を有する。

上記の一般的な説明または例で説明した機能の全てが必要なわけではなく、特定の機能の一部が必要でない場合があり、説明した機能に加えて１つ以上のさらなる機能を実施することができることに留意されたい。さらにまた、機能が列記される順序は、必ずしも実施される順序ではない。

明確にするために、本明細書で別々の実施形態の文脈で説明されている特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供することもできる。逆に、簡潔にするために単一の実施形態の文脈で説明されている様々な特徴は、別々にまたは任意の副組み合わせで提供することもできる。さらに、範囲で述べられた値への言及は、その範囲内のありとあらゆる値を含む。

利益、他の利点、および問題に対する解決策は、特定の実施形態に関して上で説明されている。しかしながら、利益、利点、問題に対する解決策、および任意の利益、利点、もしくは解決策が発生またはより顕著になる可能性のある任意の特徴（複数可）は、いずれかまたは全ての特許請求の重要な、必須の、または本質的な特徴として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および例示は、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している。明細書および例示は、本明細書に記載の構造または方法を使用する装置およびシステムの全ての要素および特徴の網羅的かつ包括的な説明として役立つことを意図するものではない。別々の実施形態はまた、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、逆に、簡潔にするために、単一の実施形態の文脈で説明されている様々な特徴もまた、別々にまたは任意の副組み合わせで提供されてもよい。さらに、範囲で述べられた値への言及は、その範囲内のありとあらゆる値を含む。本明細書を読んだだけで、他の多くの実施形態が当業者には明らかであろう。本開示の範囲から逸脱することなく、構造的置換、論理的置換、または別の変更を行うことができるように、本開示から他の実施形態を使用して導き出すことができる。したがって、本開示は限定的ではなく例示的とみなされるべきである。

Claims

電気化学デバイスを形成する方法であって、前記方法が、
基板および前記基板を覆うスタックを提供することであって、前記スタックが、
前記基板の上の第１の透明導電層、
前記基板の上の第２の透明導電層、
前記第１の透明導電層と前記第２の透明導電層との間の陰極電気化学層、および
前記第１の透明導電層と前記第２の透明導電層との間の陽極電気化学層、を備える、提供することと、
前記スタックの上に絶縁層を堆積させることと、
前記第２の透明導電層の第１のパターンを決定することであって、前記第１のパターンが、第１の領域および第２の領域を含み、前記第１の領域および前記第２の領域が、同じ材料を含む、決定することと、
前記第１の領域から前記材料を除去することなく、前記第２の透明導電層の前記第１の領域をパターン化することであって、前記第１の領域をパターン化した後に、前記第１の領域が、第１の抵抗率を含み、前記第２の領域が、第２の抵抗率を含む、パターン化することと、を含む、方法。
前記第２の透明導電層をパターン化して前記第１の抵抗率および前記第２の抵抗率を形成することが、前記絶縁層を通してパターン化される、請求項１に記載の方法。
前記第２の透明導電層をパターン化して前記第１の抵抗率および前記第２の抵抗率を形成することが、前記基板、前記第１の透明導電層、前記陰極電気化学層、および前記陽極電気化学層を通してパターン化される、請求項１に記載の方法。
前記第２の透明導電層をパターン化することが、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長を有する短パルスレーザを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
前記短パルスレーザが、５００ｎｍ～５５０ｎｍの波長を有する、請求項１に記載の方法。
前記短パルスレーザが、５０フェムト秒～１秒の持続時間にわたって発射する、請求項１に記載の方法。
前記第１の抵抗率が、前記第２の抵抗率よりも大きい、請求項１に記載の方法。
前記第１の抵抗率が、１５Ω／ｓｑ～１００Ω／ｓｑである、請求項１に記載の方法。
前記基板が、ガラス、サファイア、酸窒化アルミニウム、スピネル、ポリアクリル酸化合物、ポリアルケン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリイミド、ポリスルホン、ポリスルフィド、ポリウレタン、ポリビニルアセテート、別の好適な透明ポリマー、上述のコポリマー、フロートガラス、ホウケイ酸ガラス、およびこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
前記スタックが、前記陰極電気化学層と前記陽極電気化学層との間にイオン伝導層をさらに備える、請求項１に記載の方法。
前記イオン導電層が、リチウム、ナトリウム、水素、ジュウテリウム、カリウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム、酸化リチウム、Ｌｉ_２ＷＯ_４、タングステン、ニッケル、炭酸リチウム、水酸化リチウム、過酸化リチウム、およびこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項１０に記載の方法。
前記陰極電気化学層が、エレクトロクロミック材料を含む、請求項１に記載の方法。
前記エレクトロクロミック材料が、ＷＯ_３、Ｖ_２Ｏ_５、ＭｏＯ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＣｕＯ、Ｎｉ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、Ｉｒ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｃｏ_２Ｏ_３、Ｍｎ_２Ｏ_３、混合酸化物（例えば、Ｗ－Ｍｏ酸化物、Ｗ－Ｖ酸化物）、リチウム、アルミニウム、ジルコニウム、リン、窒素、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン、ホウ素、リチウムを含むもしくは含まないホウ酸塩、リチウムを含むもしくは含まない酸化タンタル、リチウムを含むもしくは含まないランタニド系材料、別のリチウム系セラミック材料、またはこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項１２に記載の方法。
前記第１の透明導電層が、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、ドープ酸化インジウム、酸化スズ、ドープ酸化スズ、酸化亜鉛、ドープ酸化亜鉛、酸化ルテニウム、ドープ酸化ルテニウム、銀、金、銅、アルミニウム、およびこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
前記第２の透明導電層をパターン化して前記第１の抵抗率および前記第２の抵抗率を形成することが、前記スタックを形成した後にパターン化される、請求項１に記載の方法。