JP7254958B2

JP7254958B2 - 見込み生産のパターン化された透明導電層

Info

Publication number: JP7254958B2
Application number: JP2021556411A
Authority: JP
Inventors: マリウスサーラック、セバスチャン
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: 2019-03-20
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2023-04-10
Anticipated expiration: 2040-03-17
Also published as: TWI734419B; TW202105025A; US20200301228A1; CN113574449A; WO2020190979A1; EP3942360A4; EP3942360A1; JP2022525656A

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。本開示の一実装例による、一製造段階での電気化学の概略断面図である。本開示の一実装例による、一製造段階での電気化学の概略断面図である。本開示の一実装例による、一製造段階での電気化学の概略断面図である。本開示の一実装例による、一製造段階での電気化学の概略断面図である。本開示の一実装例による、一製造段階での電気化学の概略断面図である。本開示の一実装例による、一製造段階での電気化学の概略断面図である。本開示の一実装例による、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。一実施形態による、透明導電層の概略上面図である。一実施形態による、透明導電層の概略上面図である。本開示の一実装例による、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。別の実施形態による、エレクトロクロミックラミネートデバイスの概略断面図である。

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、本発明の実装例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、本教示の具体的な実装例および実装例に焦点を合わせるであろう。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）」という用語、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使用される。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む必要がある。

「約」、「およそ」、または「実質的に」という言葉の使用は、パラメータの値が規定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、本明細書において使用されるすべ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範囲で、特定の材料および処理行為に関する多くの詳細は従来どおりであり、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。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。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。

一実装例において、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。別の実装例において、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。特定の実装例において、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。別の特定の実装例において、基板１１０は、５０ミクロン～３００ミクロンの範囲の厚さを有する鉱物ガラスである、極薄ガラスを含むことができる。特定の実装例において、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。別の実装例において、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。一実装例において、基板１１０の上の透明導電層１２０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。一実装例において、透明導電層１２０は、パターン１２２の第１の部分が第１の抵抗率に対応し、パターン１２４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１２２の第１の部分およびパターン１２４の第２の部分は、同じ材料とすることができる。一実装例において、パターン１２２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。一実装例において、第１の抵抗率は、第２の抵抗率よりも大きい。別の実装例において、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１の透明導電層１２０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。一実装例において、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。一実装例において、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。一実装例において、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。一実装例において、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、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）、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材料を含むことができ、４０ｎｍ～６００ｎｍの範囲の厚さを有し得る。一実装例において、陰極電気化学層１３０は、１００ｎｍ～４００ｎｍの厚さを有することができる。一実装例において、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Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＨｆＯ_２、Ｓｂ_２Ｏ_３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、Ｎｉ_２Ｏ_３、もしくはこれら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。一実装例において、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。一実装例において、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。いくつかの実装例において、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。

別の実装例において、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。一実装例において、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、ＳｉＯ_２、ＮｂＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５を含むことができ、２０ｎｍ～１００ｎｍの厚さであってもよい。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、本開示の一実装例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２Ｆは、本開示の一実装例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。一実装例において、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。一実装例において、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。一実装例において、スパッタガスは、５０％の酸素および５０％のアルゴンを含む。一実装例において、スパッタ堆積の温度は、２５０℃～３５０℃とすることができる。一実装例において、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。

一実装例において、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。一実装例において、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。特定の実装例において、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。一実装例において、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。特定の実装例において、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。一実装例において、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。一実装例において、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。一実装例において、スパッタガスは、５０％の酸素および５０％のアルゴンを含む。一実装例において、スパッタ堆積の温度は、１００℃～３５０℃である。一実装例において、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。一実装例において、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。一実装例において、陽極電気化学層２４０の堆積は、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、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。一実装例において、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。一実装例において、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。一実装例において、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。一実装例において、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。一実装例において、スパッタガスは、８％の酸素および９２％のアルゴンを含む。一実装例において、スパッタ堆積の温度は、２２℃～３２℃である。一実装例において、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。一実装例において、第２の透明導電層２５０の上に追加の層を堆積させることができる。

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３５０で、図２Ｅに示すように、第１の透明導電層２２０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、基板１１０を通して指向させて、第１の透明導電層２２０をパターン化する。一実施形態において、図７に示すように、短パルスレーザを、基板１１０および支持ラミネート層７１２を通して指向させて、第１の透明導電層２２０をパターン化することができる。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、基板１１０を通して指向させて、第１の透明導電層２２０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、基板２１０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。別の実施形態において、基板２１０および支持ラミネート層７１２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。基板２１０と第１の透明導電層２２０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１の透明導電層２２０に到達し、それをパターン化するまで、基板２１０およびそれに続く層を通して指向させることができる。第１の透明導電層２２０をパターン化することは、基板２１０、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を完全な形の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、第１の透明導電層２２０をパターン化することは、基板２１０、陰極電気化学層２３０、陽極電気化学層２４０、第２の透明導電層２５０、支持ラミネート層７１２、およびラミネート層７１１を完全な形の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１の透明導電層２２０に到達するまで、第２の透明導電層２５０、陽極電気化学層２４０、および陰極電気化学層２３０を通してレーザビームを指向させることによって第１の透明導電層２３０をパターン化するように指向させることができる。さらに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１の透明導電層２２０に到達するまで、ラミネート層７１１、第２の透明導電層２５０、陽極電気化学層２４０、および陰極電気化学層２３０を通してレーザビームを指向させることによって第１の透明導電層２３０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、基板２１０と比較して、レーザ２６０のエネルギーが第１の透明導電層２２０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１の透明導電層２２０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２Ｆ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１の透明導電層２２０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１の透明導電層２２０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。一実施形態において、第１の領域および第２の領域は、同じ組成の材料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１の透明導電層２２０は、第１および第２の抵抗率を含むことができ、一方で、第２の透明導電層２５０は、単一の抵抗率を含むことができる。すべての層を基板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。さらに、パターン化されたデバイスは、パネルの中央から端まで見たときに、より均一で均質な高速遷移を有する。

図４Ａおよび図４Ｂは、様々な実施形態による、第１の透明導電層２２０の概略上面図である。第１の透明導電層２２０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。一実装例において、パターンは、第１の透明導電層２２０にわたって変化する。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１の透明導電層２２０の中央に向かってサイズを減少させることができ、透明導電層２２０の両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１の透明導電層２２０の反対側の縁部へと増加するように、累進的にすることができる。

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、本開示の実装例による、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。別の実装例において、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。特定の実装例において、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。一実装例において、電気化学デバイス５２０は、第１のパネル５０５に結合される。別の実装例において、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。一実装例において、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。一実装例において、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。別の実装例において、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。特定の実装例において、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。

別の実装例において、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。一実装例において、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。一実装例において、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、図で例示した実装例は、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。

図７は、改善されたフィルム構造を有する、積層された電気化学デバイス７００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７００は、可変透過デバイスである。電気化学デバイス７００は、上でより詳細に説明した電気化学デバイス１００と同様であってもよい。電気化学デバイス７００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。電気化学デバイス７００はまた、ラミネート層７１１および支持ラミネート層７１２を含み得る。一実装例において、電気化学デバイス７００は、支持ラミネート層７１２を伴わずに、ラミネート層７１１を含み得る。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。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。

一実装例において、ラミネート層７１１および支持ラミネート層７１２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含み得る。別の実装例において、ラミネート層７１１および支持ラミネート層７１２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。ラミネート層７１１および支持ラミネート層７１２は、可撓性であっても、可撓性でなくてもよい。特定の実装例において、ラミネート層７１１は、支持ラミネート層７１２と等しい厚さを有し得る。一実装例において、ラミネート層７１１は、０．５ｍｍ～５ｍｍの厚さを有し得る。一実装例において、支持ラミネート層７１２は、１ｍｍ～２５ｍｍの厚さを有し得る。

多くの異なる態様および実装例が可能である。これらの態様および実装例のうちのいくつかを以下で説明する。本明細書を読んだ後、当業者は、これらの態様および実装例が例示にすぎず、本発明の範囲を限定しないことを理解されよう。例示的な実装例は、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、第１の透明導電層の第１のパターンを決定することをさらに含み得る。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、同じ材料を含み得る。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１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。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１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１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１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．イオン伝導層が、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、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、ＷＯ_３、Ｖ_２Ｏ_５、ＭｏＯ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＣｕＯ、Ｉｒ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｃｏ_２Ｏ_３、Ｍｎ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＨｆＯ_２、Ｓｂ_２Ｏ_３などの無機金属酸化物の電気化学的に活性な材料、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、Ｎｉ_２Ｏ_３、もしくはこれら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を含む、実施形態１に記載の方法。

実施形態１７．基板および基板の上の第１の透明導電層を含む、電気化学デバイス。第１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２の透明導電層、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を含み得る。

実施形態１８．第１の透明導電層から材料が除去されない、実施形態１７に記載の電気化学デバイス。

実施形態１９．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。第１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。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２０．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１９に記載の絶縁グレージングユニット。

実施例を提供して、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ＩＴＯ層を有する電気化学デバイスの性能を実証する。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ＩＴＯ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、均質なパターンを有し、一方で、Ｓ２は、変化するパターンを有する。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。

上記の一般的な説明または例で説明した機能のすべてが必要なわけではなく、特定の機能の一部は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、機能が記載される順序は、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装例の文脈で説明されている特定の特徴は、単一の実装例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装例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、特定の実装例に関して上記で説明されている。しかしながら、利益、利点、問題の解決策、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は、いずれかまたはすべての特許請求の範囲の重要な、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。

本明細書に記載された実装例の詳述および例示は、様々な実装例の構造の一般的な理解を提供することを意図する。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すべ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。別個の実装例はまた、単一の実装例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、単一の実装例の文脈で説明される様々な特徴もまた、別個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、多くの他の実装例が当業者には明らかであり得る。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、本開示から他の実装例が使用され、かつ導出され得る。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ステップであって、前記スタックが、
前記基板の上の第１の透明導電層、
前記第１の透明導電層の上の陰極電気化学層、
前記陰極電気化学層の上の陽極電気化学層、および
前記陽極電気化学層を覆う第２の透明導電層
を含む、ステップと、
前記第１の透明導電層の第１のパターンを決定するステップであって、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、ステップと、
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１の透明導電層にレーザを指向させることによって、前記第１の透明導電層の前記第１の領域をパターン化するステップと
を含み、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の抵抗率を有し、前記第２の領域が、第２の抵抗率を有し、
前記第１の抵抗率および前記第２の抵抗率を形成するために前記第１の透明導電層をパターン化するステップが、前記スタックを形成した後に、前記基板を通して前記第１の透明導電層にレーザを指向させることによって、パターン化される、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、または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。
前記イオン伝導層が、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、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項３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を含む、請求項５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、請求項１に記載の方法。
前記陽極電気化学層が、無機金属酸化物の電気化学的に活性な材料、リチウムを含むもしくは含まないランタニド系材料、リチウムを含む前記ランタニド系材料以外の別のリチウム系セラミック材料、酸化ニッケル（ＮｉＯ、Ｎｉ_２Ｏ_３、もしくはこれら２つの組み合わせ）、Ｌｉ、窒素、Ｎａ、Ｈ、任意のハロゲン、または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。