KR20160093152A - 전기 변색 소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 전기 변색 소자는 제1 전극 상에서, 제1 포어를 갖는 제1 나노 구조체 및 상기 제1 나노 구조체 상에 제공된 제1 전기 변색 분자들을 포함하는 제1 전기 변색층,; 상기 제1 전기 변색층의 상면 상에 배치되고, 상기 제1 전기 변색층의 제1 함몰부로 연장되는 전해질; 및 상기 전해질 상에 배치되는 제2 나노 구조체를 포함할 수 있다. 상기 제1 나노 구조체는 그 상면 상에 제1 함몰부를 가질 수 있다. 상기 제2 나노 구조체는 그 내부에 제2 포어 및 그 하면 상에 제2 함몰부를 가질 수 있다.
Description
본 발명은 전기 변색 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 변색 소자의 나노 구조체에 관한 것이다.
전기 변색 소자(electrochromic device)는 전기화학반응에 의하여 색의 변화를 가져오는 소자이다. 전기 변색 소자는, 외부의 전기 자극에 의해 전위차가 발생하면, 전해질에 포함되어 있는 이온이나 전자가 전기 변색층 내부로 이동하여 산화·환원반응이 일어난다. 전기 변색층의 산화환원반응에 의해, 전기 변색 소자의 색깔이 변하게 된다. 환원 변색 물질은 환원반응(cathodic reaction)이 일어날 때 착색되고, 산화반응(anodic reaction)이 일어날 때 탈색되는 물질을 의미한다. 산화변색물질은 산화반응일 때 착색되고 환원반응일 때 탈색되는 물질을 의미한다.
전기 변색 소자는 높은 대조비를 나타내며, 구동 전압에 의해 투과도 조절의 용이성, 낮은 구동 전압, 쌍안정(bistability), 넓은 시야각으로 인하여, 광셔터, 디스플레이, 스마트 윈도우, 또는 자동차용 변색 거울(electrochromic mirror) 응용 분야에서 매우 활발하게 연구되고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 과제는 광전기적 특성이 향상된 전기 변색 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 나노 구조체를 포함하는 전기 변색 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 전기 변색 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전기 변색 소자는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에서, 제1 나노 구조체 및 상기 제1 나노 구조체 상에 제공된 제1 전기 변색 분자들을 포함하는 제1 전기 변색층, 상기 제1 나노 구조체는 그 상면 상에 제1 함몰부 및 그 내부에 제1 포어를 갖는 것; 상기 제1 전기 변색층 상에 배치되고, 상기 제1 나노 구조체의 상기 제1 함몰부로 연장되는 전해질; 상기 전해질 상에 배치되는 제2 나노 구조체, 상기 제2 나노 구조체는 그 내부에 제2 포어 및 그 하면 상에 제2 함몰부를 갖는 것; 및 상기 제2 나노 구조체 상의 제2 전극을 포함하되, 상기 제1 함몰부의 바닥면은 상기 제1 전기변색층 내에 제공될 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 전해질은 상기 제2 나노 구조체의 상기 하면 상에서 상기 제2 나노 구조체의 상기 제2 함몰부 및 상기 제2 포어 내에 제공될 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제1 함몰부의 평균 직경은 상기 제1 포어의 평균 직경보다 클 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제1 함몰부는 대략 40nm 내지 대략 2000nm의 평균 직경을 가지고, 상기 제1 포어는 대략 1nm 내지 대략 35nm의 평균 직경을 가질 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제2 함몰부의 평균 직경은 상기 제2 포어의 평균 직경보다 클 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제2 나노 구조체의 표면 상에 고정된 제2 전기 변색 분자들을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전기 변색 소자 제조방법은 제1 금속 산화물, 제1 고분자 입자, 및 제1 유기 분자를 포함하는 제1 혼합물을 준비하는 것; 상기 제1 혼합물을 제1 기판 상에 도포하여, 전구체 필름을 형성하는 것; 상기 제1 전구체 필름을 열처리하여, 제1 포어 및 제1 함몰부를 갖는 제1 나노 구조체를 형성하되, 상기 제1 포어는 상기 제1 나노 구조체의 내부에 형성되며, 상기 제1 함볼부는 상기 제1 나노 구조체의 상면 상에 형성되는 것; 상기 제1 나노 구조체에 제1 전기 변색 분자를 제공하여, 제1 전기 변색층을 형성하는 것; 상기 제1 전기 변색층 상에 제2 기판을 배치하되, 상기 제2 기판 상에 제2 나노 구조체가 형성된 것; 및 상기 제1 전기 변색층 및 상기 제2 나노 구조체 사이에 전해질을 제공하는 것을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제1 함몰부는 상기 제1 포어보다 큰 평균 직경을 가질 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제1 나노 구조체를 형성하는 것은: 상기 제1 유기 분자를 분해시켜, 상기 제1 포어를 형성하는 것; 및 상기 제1 고분자 입자를 분해시켜, 상기 제1 함몰부를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 전해질은 상기 제1 전기 변색층 상에서 상기 제1 함몰부 내로 연장되고, 상기 제1 포어를 채우는 것을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제2 나노구조체는 그 내부에 제2 포어를 갖고, 제2 함몰부가 그 하면 상에 형성될 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제2 함몰부는 상기 제2 포어보다 큰 평균 직경을 가질 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 전해질은 상기 제2 나노 구조체 상에서 상기 제2 함몰부 및 상기 제2 포어 내로 연장되는 것을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제2 나노 구조체를 형성하는 것은: 제2 금속 산화물, 제2 고분자 입자, 및 제2 유기 분자를 포함하는 제2 혼합물을 준비하는 것; 상기 제2 혼합물을 상기 제2 기판 상에 도포하여, 제2 전구체 필름을 형성하는 것; 및 상기 제2 전구체 필름을 열처리하여, 상기 제2 포어 및 상기 제2 함몰부를 갖는 상기 제2 나노 구조체를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제2 나노 구조체 상에 제2 전기 변색 물질들을 제공하여, 제2 전기 변색층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제1 포어는 복수로 형성되며, 상기 제1 함몰부는 상기 제1 포어들 중에서 적어도 일부와 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전기 변색층은 나노 구조체 상에 고정된 전기 변색 물질들을 포함할 수 있다. 나노 구조체는 그 내부에 포어들을 가지며, 그 일면 상에 함몰부를 가질 수 있다. 전해질은 전기 변색층 내로 연장되어, 포어들 및 함몰부에 채워질 수 있다. 이에 따라, 전해질 및 전기 변색층의 접촉 면적이 증대되어, 전해질 및 전기 변색층 사이에서 이온이 빠르게 이동할 수 있다. 본 발명의 전기 변색 소자는 광전기적 특성이 향상될 수 있다.
본 발명의 보다 완전한 이해와 도움을 위해, 참조가 아래의 설명에 첨부도면과 함께 주어져 있고 참조번호가 이래에 나타나 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전기 변색 소자를 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2g는 일 실시예에 따른 전기 변색 소자의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 전기 변색 소자를 도시한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 다른 실시예에 따른 전기 변색 소자의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
도 1은 일 실시예에 따른 전기 변색 소자를 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2g는 일 실시예에 따른 전기 변색 소자의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 전기 변색 소자를 도시한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 다른 실시예에 따른 전기 변색 소자의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다.
본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
이하, 본 발명의 개념에 따른 전기 변색 소자를 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 전기 변색 소자를 도시한 단면도이다
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기 변색 소자(1)는 제1 기판(100), 제1 전극(200), 제1 전기 변색층(300), 전해질(400), 봉지층(800), 제2 전극(600), 및 제2 기판(700)을 포함할 수 있다. 제1 전극(200)이 제1 기판(100) 상에 제공될 수 있다. 제1 전극(200)은 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide, TCO), 예를 들어, 불소-도핑된 산화주석(FTO) 또는 인듐주석산화물(ITO)를 포함할 수 있다. 제1 전극(200)은 작업 전극으로 기능할 수 있다. 다른 예로, 제1 기판(100)은 생략되고, 제1 전극(200)이 제1 기판(100)의 역할을 함께 수행할 수 있다.
제1 전기 변색층(300)이 제1 전극(200) 상에 제공될 수 있다. 제1 전기 변색층(300)은 제1 나노 구조체(310) 및 제1 전기 변색 물질들(320)을 포함할 수 있다. 제1 나노 구조체(310)는 서로 연결된 나노 입자들을 포함할 수 있다. 제1 포어들(330)이 제1 나노 구조체(310)의 내에서 나노 입자들 사이에 제공될 수 있다. 제1 포어들(330)은 대략 1nm 내지 35nm의 평균 직경을 가질 수 있다. 제1 나노 구조체(310)는 제1 기판(100)을 향하는 하면(310b) 및 상기 하면(310b)과 대향되는 상면(310a)을 가질 수 있다. 제1 함몰부(340)가 제1 나노 구조체(310)의 상면(310a) 상에서 하면(310b)을 향하여 제1 나노 구조체(310) 내로 연장될 수 있다. 제1 함몰부(340)의 바닥면(340b)은 제1 나노 구조체(310) 내에 배치될 수 있다. 제1 함몰부(340)의 평균 직경은 제1 포어들(330)의 평균 직경보다 클 수 있다. 예를 들어, 제1 함몰부(340)는 대략 40nm 내지 대략 2000nm의 평균 크기를 가질 수 있다. 제1 함몰부(340)에 의해, 제1 나노 구조체(310)의 상면(310a)의 표면적이 증가될 수 있다. 일 예로, 제1 나노 구조체(310)의 상면(310a)의 표면적은 제1 나노 구조체(310)의 하면(310b)의 표면적보다 클 수 있다. 제1 함몰부(340)의 배치 간격은 균일하지 않을 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 함몰부(340)는 제1 포어들(330)의 적어도 일부와 연결될 수 있다.
제1 전기 변색 물질들(320)이 제1 나노 구조체(310) 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 전기 변색 물질들(320)은 제1 나노 구조체(310)의 표면에 고정될 수 있다. 제1 전극(200)으로부터 제공된 전자는 제1 나노 구조체(310)를 통해 제1 전기 변색 물질들(320)로 전달될 수 있다. 일 예로, 제1 전기 변색 물질들(320)은 비올로겐(viologen) 및/또는 WO3와 같은 환원 전기 변색 물질을 포함할 수 있다. 다른 예로, 제1 전기 변색 물질들(320)은, phenothiazine 및/또는 Ni(OH)x와 같은 산화 전기 변색 물질을 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 제1 전기 변색 물질들(320)이 제1 나노 구조체(310) 상에 제공되어, 제1 전기 변색 물질들(320)의 표면적이 증가될 수 있다.
전해질(400)은 제1 전기 변색층(300) 및 이온 저장층(500) 사이에 제공되어, 제1 전기 변색층(300) 및 이온 저장층(500) 사이에 이온을 전달하는 역할을 할 수 있다. 전해질(400)은 리튬 이온을 포함하는 용액, 젤, 혹은 고체일 수 있다. 예를 들어, 전해질(400)은 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)를 용매로 사용한 0.5M의 LiClO4 용액일 수 있다. 전해질(400)이 제1 전기 변색 물질들(320)과 직접 접촉하면, 제1 전기 변색 입자들(320) 및 전해질(400) 사이에서 이온들의 이동 거리가 감소할 수 있다. 실시예에 따르면, 전해질(400)은 제1 전기 변색층(300) 내로 연장되어, 제1 포어들(330) 및 제1 함몰부(340) 내에 채워질 수 있다. 제1 함몰부(340)에 의해 제1 나노 구조체(310)의 상면(310a)의 표면적이 증가될 수 있다. 게다가, 제1 함몰부(340)가 제1 포어들(330)과 연결되어, 전해질(400)이 제1 포어들(330)을 더 용이하게 채울 수 있다. 본 발명에 따르면, 제1 나노 구조체(310)가 제1 포어들(330) 및 제1 함몰부(340)를 가져, 제1 전기 변색 물질들(320) 및 전해질(400)의 접촉 면적이 증가될 수 있다. 이에 따라, 전해질(400)이 제1 전기 변색 물질들(320)과 빠르게 반응하여, 전기 변색 소자(1)의 전기 변색 속도가 향상될 수 있다.
이온 저장층(500)이 전해질(400) 상에 제공될 수 있다. 이온 저장층(500)은 제2 나노 구조체(510)를 포함할 수 있다. 제2 나노 구조체(510)는 제1 나노 구조체(310)와 동일한 구조 및 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 나노 구조체(510)는 불소-도핑된 산화주석(FTO) 또는 인듐주석산화물(ITO)과 같은 투명 전도성 산화물을 포함할 수 있다. 제2 나노 구조체(510)는 서로 연결된 나노 입자들을 포함하며, 상기 나노 입자들 사이에 제공된 제2 포어들(530)을 가질 수 있다. 제2 포어들(530)은 제1 포어들(330)과 동일 또는 유사한 평균 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 포어들(530)은 대략 1nm 내지 35nm의 평균 직경을 가질 수 있다. 제2 나노 구조체(510)은 전해질(400)을 향하는 하면(510b) 및 상기 하면(510b)과 대향되는 상면(510a)을 가질 수 있다. 상면(510a)은 제2 전극(600)을 향할 수 있다. 제2 함몰부(540)는 제2 나노 구조체(510)의 하면(510b) 상에서 상면(510a)을 향하여 제2 나노 구조체(510) 내로 연장될 수 있다. 제2 함몰부(540)의 상부면(540a)은 제2 나노 구조체(510) 내에 배치될 수 있다. 제2 함몰부(540)는 제2 포어들(530)보다 크고, 제1 함몰부(340)와 유사한 평균 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 함몰부(540)는 대략 40nm 내지 대략 2000nm의 평균 크기를 가질 수 있다. 제2 함몰부(540)에 의해, 제2 나노 구조체(510)의 하면(510b)의 표면적이 더 증가될 수 있다. 전해질(400)은 이온 저장층(500)의 하면(510b) 상에서 이온 저장층(500) 내로 연장될 수 있다. 예를 들어, 전해질(400)은 제2 함몰부(540) 및 제2 포어들(530) 내에 제공될 수 있다. 제2 함몰부(540)가 제2 포어들(530)과 연결되어, 전해질(400)이 제2 포어들(530) 사이를 더 용이하게 채울 수 있다. 제2 함몰부(540)에 의해 전해질(400) 및 이온 저장층(500)의 접촉 면적이 증가될 수 있다. 이에 따라, 전해질(400)과 이온 저장층(500) 사이의 이온의 전달이 용이할 수 있다. 제2 함몰부(540)의 배치 간격은 균일하지 않을 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제2 전극(600) 및 제2 기판(700)이 이온 저장층(500) 상에 적층될 수 있다. 제2 전극(600)은 제1 전극(200)의 예에서 설명한 바와 같은 투명 전도성 산화물을 포함할 수 있다. 제2 기판(700)은 투명할 수 있다. 제2 전극(600)은 상대 전극으로 기능할 수 있다. 다른 예로, 제2 기판(700)이 생략되고, 제2 전극(600)이 제2 기판(700)의 역할을 동시에 수행할 수 있다.
봉지층(800)이 제1 전극(200) 및 제2 전극(600) 사이에 제공될 수 있다. 봉지층(800)은 전해질(400)의 측벽 상에 제공될 수 있다. 봉지층(800)은 전해질(400)이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 봉지층(800)은 Surlyn과 같은 고분자 물질을 포함할 수 있다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명이 일 실시예에 따른 전기 변색 소자의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 2a를 참조하면, 제1 기판(100) 상에 배치된 제1 전극(200)이 제공될 수 있다. 제1 기판(100) 및 제1 전극(200)은 앞서 도 1 에서 설명한 바와 동일할 수 있다. 다른 예로, 제1 기판(100)은 생략될 수 있다. 제1 나노 입자들(311), 제1 유기 분자(331), 및 제1 고분자 입자(341)를 포함하는 제1 혼합물이 준비될 수 있다. 제1 나노 입자들(311)은 불소-도핑된 산화주석(FTO) 및/또는 인듐주석산화물(ITO)과 같은 투명 전도성 산화물을 포함할 수 있다. 제일 예로, 제1 유기 분자(331)는 terpineol, lauric acid, 및/또는 ethyl cellulose를 포함할 수 있다. 제1 유기 분자(331)는 약 1nm 내지 약 35nm의 평균 직경을 가질 수 있다. 제1 고분자 입자(341)는 원형, 타원형, 및/또는 다각형 형상을 갖는 고분자일 수 있다. 일 예로, 제1 고분자 입자(341)는 폴리스티렌(polystyrene), 폴리메타크릴산 메틸(poly-methylmethacrylate, PMMA), 및/또는 폴리 아크릴아마이드(polyacrylamide)를 포함할 수 있다. 제1 고분자 입자(341)는 제1 유기 분자(331)보다 큰 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 일 예로, 제1 고분자 입자(341)는 대략 40nm 내지 2000nm의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.
제1 혼합물이 제1 전극(200) 상에 도포되어, 제1 전구체 필름(F1)이 형성될 수 있다. 제1 혼합물의 도포는 닥터 블레이드법 혹은 다른 코팅법에 의해 진행될 수 있다. 제1 유기 분자(331)는 제1 전구체 필름(F1) 내에서 제1 나노 입자들(311) 사이의 공간을 채울 수 있다. 제1 전구체 필름(F1)은 대략 6?m의 두께를 가질 수 있다.
도 2b를 참조하면, 제1 전구체 필름(F1)이 열처리되어, 제1 함몰부(340)를 갖는 제1 나노 구조체(310)가 제1 전극(200) 상에 형성될 수 있다. 제1 나노 구조체(310)는 앞서 도 1에서 설명한 바와 동일할 수 있다. 먼저, 제1 전구체 필름(F1)이 건조될 수 있다. 제1 전구체 필름(F1)의 건조 공정은 실온(약 25℃)에서 25분간 진행되는 제1 건조 공정 및 95℃에서 30분간 진행되는 제2 건조 공정을 포함할 수 있다. 이후, 제1 전구체 필름(F1)의 열처리가 진행될 수 있다. 제1 전구체 필름(F1)의 열처리는 제1 유기 분자(331) 및 제1 고분자 입자(341)의 열분해 온도 이상의 조건에서 진행될 수 있다. 제1 전구체 필름(F1)의 열처리는 약 100℃ 내지 700℃, 보다 상세하게 450℃에서 수행될 수 있다. 일 예로, 건조된 제1 전구체 필름(F1)이 로(furnace) 내에 배치되고, 상기 로가 실온(약 25℃)부터 분당 5℃의 조건으로 450℃까지 가열될 수 있다. 제1 전구체 필름(F1)은 450℃에서 약 2시간 동안 열처리될 수 있다.
상기 열처리 공정에 의해, 제1 나노 입자들(311)이 서로 연결되어, 제1 나노 구조체(310)가 형성될 수 있다. 더불어, 제1 전구체 필름(F1) 내의 제1 유기 분자(331) 및 제1 고분자 입자(341)가 제거될 수 있다. 제1 전구체 필름(F1)의 열처리는 제1 유기 분자(331)를 분해시켜 제1 포어들(330)을 형성하는 것 및 제1 고분자 입자(341)를 분해시켜 제1 함몰부(340)를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 제1 포어들(330)은 제1 나노 구조체(310) 내에 형성되고, 제1 함몰부(340)는 제1 나노 구조체(310)의 상면(310a) 상에 형성될 수 있다. 제1 포어들(330) 및 제1 함몰부(340)는 앞서 도 1에서 설명한 바와 같다.
도 2c를 참조하면, 제1 전기 변색 입자들(320)이 제1 나노 구조체(310) 상에 제공되어, 제1 전기 변색층(300)이 형성될 수 있다. 도 1의 예에서 설명한 전기 변색 물질이 용매(예를 들어, 에탄올)에 용해되어, 전기 변색 용액이 제조될 수 있다. 제1 기판(100) 상에 형성된 제1 나노 구조체(310)가 전기 변색 용액 내에 대략 1시간 내지 100시간 동안 디핑(dipping)되어, 제1 전기 변색 물질들(320)이 제1 나노 구조체(310) 상에 고정될 수 있다. 이에 따라, 제1 전기 변색층(300)이 제조될 수 있다. 제1 전기 변색층(300)이 형성된 제1 기판(100)이 전기 변색 용액에서 꺼내어진 후, 세척 및 건조 공정이 제1 전기 변색층(300) 상에 수행될 수 있다. 세척 공정은 에탄올을 사용하여 진행될 수 있다. 건조 공정은 질소 가스와 같은 비활성 가스 분위기에서 수행될 있다.
도 2d를 참조하면, 제2 전극(600)이 제2 기판(700) 상에 제공될 수 있다. 제2 기판(700) 및 제2 전극은 앞서 도 1에서 설명한 바와 동일할 수 있다. 다른 예로, 제2 기판(700)은 생략될 수 있다. 제2 혼합물이 제2 전극(600) 상에 도포되어, 제2 전구체 필름(F2)이 형성될 수 있다. 제2 전구체 필름(F2)은 도 2a의 제1 전구체 필름(F1)과 동일한 방법에 의해 형성될 수 있다. 제2 나노 입자들(511), 제2 유기 분자(531), 및 제2 고분자 입자(541)는 앞서 도 2a의 제1 나노 입자들(311), 제1 유기 분자(331), 및 제1 고분자 입자(341)의 예에서 설명한 물질과 각각 동일할 수 있다. 예를 들어, 제2 고분자 입자(541)는 제2 유기 분자(531)보다 큰 평균 직경을 가질 수 있다.
도 2e를 참조하면, 제2 전구체 필름(F2)이 열처리되어, 제2 포어들(530) 및 제2 함몰부(540)를 갖는 제2 나노 구조체(510)가 제2 전극(600) 상에 형성될 수 있다. 제2 나노 구조체(510)의 형성은 도 2b의 제1 나노 구조체(310)의 형성과 동일한 방법에 의해 진행될 수 있다. 예를 들어, 제2 전구체 필름(F2)의 열처리는 제2 유기 분자(531)를 분해시켜 제2 포어들(530)을 형성하는 것 및 제2 고분자 입자(541)를 분해시켜 제2 함몰부(540)를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 제2 포어들(530)은 제2 나노 구조체(510) 내에 형성되고, 제2 함몰부(540)는 제2 나노 구조체(510)의 하면(510b) 상에 형성될 수 있다. 이에 따라, 이온 저장층(500)이 제조될 수 있다. 이온 저장층(500)의 형성은 도 2a 내지 2c의 제1 전기 변색층(300) 의 형성 이전 또는 이후에 수행될 수 있다.
도 2f를 참조하면, 제2 기판(700)이 제1 전기 변색층(300)의 상면 상에 배치될 수 있다. 이 때, 이온 저장층(500)의 하면이 제1 전기 변색층(300)의 상면을 향할 수 있다. 이온 저장층(500)의 하면은 제1 전기 변색층(300)의 상면과 대략 100μm 정도 이격될 수 있다. 폴리머 필름(예를 들어, Surlyn 필름)이 제1 전극(200) 및 제2 전극(600) 사이에서 제1 전기 변색층(300) 및 이온 저장층(500)의 측벽들 상에 배치될 수 있다. 상기 폴리머 필름이 열처리 되어, 봉지층(800)이 형성될 수 있다. 일 예로, 폴리머필름의 열처리는 115℃에서 4분 동안 진행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 봉지층(800)은 제1 전극(200)과 제2 전극(600) 사이 그리고 제1 전기 변색층(300)과 이온 저장층(500) 사이를 밀봉시킬 수 있다.
도 2g을 참조하면, 전해질(400)이 제1 전기 변색층(300)의 상면 및 이온 저장층(500)의 하면 사이에 제공되어, 제1 전기 변색층(300) 및 이온 저장층(500) 사이를 채울 수 있다. 전해질(400)은 제1 전기 변색층(300)의 제1 함몰부(340) 내에 제공되며, 제1 포어들(330) 사이를 채울 수 있다. 전해질(400)은 이온 저장층(500)의 제2 함몰부(540) 내에 제공되며, 제2 포어들(530) 사이를 채울 수 있다. 이에 따라, 전기 변색 소자(1)의 제조가 완성될 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 전기 변색 소자를 도시한 단면도이다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 3을 참조하면, 전기 변색 소자(2)는 제1 기판(100), 제1 전극(200), 제1 전기 변색층(300), 전해질(400), 제2 전기 변색층(501), 제2 전극(600), 제2 기판(700), 및 봉지층(800)을 포함할 수 있다. 다른 예로, 제1 기판(100)은 생략되고, 제1 전극(200)이 제1 기판(100)의 역할을 할 수 있다. 제1 전극(200), 제1 전기 변색층(300), 제2 전극(600), 및 봉지층(800)은 앞서 도 1에서 설명한 바와 동일할 수 있다.
제1 전기 변색층(300)이 제1 전극(200) 상에 제공될 수 있다. 제1 전기 변색층(300)은 제1 나노 구조체(310) 및 제1 전기 변색 물질들(320)을 포함할 수 있다. 제1 포어들(330)이 제1 나노 구조체(310) 내에 제공되고, 제1 함몰부(340)가 제1 나노 구조체(310)의 상면(310a) 상에 제공될 수 있다. 제1 포어들(330) 및 제1 함몰부(340)는 도 1에서 설명한 바와 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 함몰부(340)는 제1 포어들(330)보다 큰 평균 직경을 가질 수 있다. 제1 함몰부(340)에 의해, 제1 나노 구조체(310)의 상면(310a)의 표면적이 증가될 수 있다.
제2 전기 변색층(501)이 전해질(400) 상에 제공될 수 있다. 제2 전기 변색층(501)은 제2 나노 구조체(510) 및 제2 나노 구조체(510) 상에 고정된 제2 전기 변색 물질들(520)을 포함할 수 있다. 제2 나노 구조체(510)는 도 1의 이온 저장층(500)의 예에서 설명한 제2 나노 구조체(510)와 동일한 구조 및 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 나노 구조체(510)는 그 내부에 제2 포어들(530) 및 그 하면(510b) 상에 제공된 제2 함몰부(540)를 가질 수 있다. 제2 함몰부(540)는 제2 포어들(530)보다 큰 평균 직경을 가질 수 있다. 제2 전기 변색 물질들(520)은 환원 전기 변색 물질 또는 산화 전기 변색 물질 중에서 어느 하나를 포함하고, 제1 전기 변색 물질들(320)은 다른 하나를 포함할 수 있다.
전해질(400)은 제1 전기 변색층(300) 및 제2 전기 변색층(501) 사이에 제공되어, 제1 전기 변색층(300) 및 제2 전기 변색층(501) 사이의 이온을 전달하는 역할을 할 수 있다. 전해질(400)은 제1 전기 변색층(300) 내로 연장될 수 있다. 전해질(400)은 제1 함몰부(340) 내에 제공되며, 제1 포어들(330) 사이를 채울 수 있다. 전해질(400)은 제2 전기 변색층(501) 내로 연장될 수 있다. 예를 들어, 전해질(400)은 제2 함몰부(540) 내에 제공되며, 제2 포어들(530) 사이를 채울 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 다른 실시예에 따른 전기 변색 소자의 제조 방법을 도시한 단면도들이다. 이하 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 4a를 참조하면, 제2 전극(600)이 적층된 제2 기판(700)이 준비될 수 있다. 제2 나노 구조체(510)가 도 2d 및 도 2e에서 설명한 바와 같이 제2 전극(600) 상에 형성될 수 있다. 제2 나노 구조체(510) 상에 제2 전기 변색 물질들(520)이 고정되어, 제2 전기 변색층(501)이 제조될 수 있다. 제2 전기 변색 물질들(520)의 고정은 도 2c의 제1 전기 변색 물질의 고정과 동일한 방법에 의해 수행될 수 있다. 제2 전기 변색층(501)은 도 1에서 설명한 바와 동일하다.
도 4b를 참조하면, 제1 전극(200)이 제1 기판(100) 상에 제공될 수 있다. 제1 전기 변색층(300)이 앞서 도 2a 내지 2c에서 설명한 바와 동일한 방법에 의해 제1 전극(200) 상에 형성될 수 있다. 제1 전기 변색층(300)의 제조는 도 4a의 제2 전기 변색층(501)의 형성 이전 또는 이후에 수행될 수 있다. 제2 기판(700)이 제1 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 이 때, 제2 전기 변색층(501)의 하면이 제1 전기 변색층(300)의 상면과 마주할 수 있다. 제1 전극(200) 및 제2 전극(600) 사이에 봉지층(800)이 형성될 수 있다. 봉지층(800)의 형성은 2f에서 설명한 바와 같다.
도 3을 다시 참조하면, 전해질(400)이 제1 전기 변색층(300) 및 제2 전기 변색층(501) 사이에 제공될 수 있다. 전해질(400)은 제1 전기 변색층(300)의 제1 함몰부(340) 내에 제공되며, 제1 포어들(330) 사이를 채울 수 있다. 전해질(400)은 제2 전기 변색층(501)의 제2 함몰부(540) 내에 제공되며, 제2 포어들(530) 사이를 채울 수 있다. 이에 따라, 전기 변색 소자(2)의 제조가 완성될 수 있다.
Claims (16)
- 제1 전극;
상기 제1 전극 상에서, 제1 나노 구조체 및 상기 제1 나노 구조체 상에 제공된 제1 전기 변색 분자들을 포함하는 제1 전기 변색층, 상기 제1 나노 구조체는 그 상면 상에 제1 함몰부 및 그 내부에 제1 포어를 갖는 것;
상기 제1 전기 변색층 상에 배치되고, 상기 제1 나노 구조체의 상기 제1 함몰부로 연장되는 전해질;
상기 전해질 상에 배치되는 제2 나노 구조체, 상기 제2 나노 구조체는 그 내부에 제2 포어 및 그 하면 상에 제2 함몰부를 갖는 것; 및
상기 제2 나노 구조체 상의 제2 전극을 포함하되,
상기 제1 함몰부의 바닥면은 상기 제1 전기변색층 내에 제공되는 전기 변색 소자 제조방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 전해질은 상기 제2 나노 구조체의 상기 하면 상에서 상기 제2 나노 구조체의 상기 제2 함몰부 및 상기 제2 포어 내에 제공되는 전기 변색 소자.
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 함몰부의 평균 직경은 상기 제1 포어의 평균 직경보다 큰 전기 변색 소자. .
- 제3 항에 있어서,
상기 제1 함몰부는 대략 40nm 내지 대략 2000nm의 상기 평균 직경을 가지고,
상기 제1 포어는 대략 1nm 내지 대략 35nm의 상기 평균 직경을 갖는 이미지 센서.
- 제1 항에 있어서,
상기 제2 함몰부의 평균 직경은 상기 제2 포어의 평균 직경보다 큰 전기 변색 소자. .
- 제5 항에 있어서,
상기 제2 나노 구조체의 표면 상에 고정된 제2 전기 변색 분자들을 더 포함하는 전기 변색 소자.
- 제1 금속 산화물, 제1 고분자 입자, 및 제1 유기 분자를 포함하는 제1 혼합물을 준비하는 것;
상기 제1 혼합물을 제1 기판 상에 도포하여, 전구체 필름을 형성하는 것;
상기 제1 전구체 필름을 열처리하여, 제1 포어 및 제1 함몰부를 갖는 제1 나노 구조체를 형성하되, 상기 제1 포어는 상기 제1 나노 구조체의 내부에 형성되며, 상기 제1 함볼부는 상기 제1 나노 구조체의 상면 상에 형성되는 것;
상기 제1 나노 구조체에 제1 전기 변색 분자를 제공하여, 제1 전기 변색층을 형성하는 것;
상기 제1 전기 변색층 상에 제2 기판을 배치하되, 상기 제2 기판 상에 제2 나노 구조체가 형성된 것; 및
상기 제1 전기 변색층 및 상기 제2 나노 구조체 사이에 전해질을 제공하는 것을 포함하는 전기 변색 소자 제조방법.
- 제7 항에 있어서,
상기 제1 함몰부는 상기 제1 포어보다 큰 평균 직경을 갖는 전기 변색 소자 제조방법.
- 제7 항에 있어서,
상기 제1 나노 구조체를 형성하는 것은:
상기 제1 유기 분자를 분해시켜, 상기 제1 포어를 형성하는 것; 및
상기 제1 고분자 입자를 분해시켜, 상기 제1 함몰부를 형성하는 것을 포함하는 전기 변색 소자 제조방법.
- 제7 항에 있어서,
상기 전해질은 상기 제1 전기 변색층 상에서 상기 제1 함몰부 내로 연장되고, 상기 제1 포어를 채우는 것을 포함하는 전기 변색 소자 제조방법.
- 제7 항에 있어서,
상기 제2 나노구조체는 그 내부에 제2 포어를 갖고, 제2 함몰부가 그 하면 상에 형성된 전기 변색 소자 제조방법.
- 제11 항에 있어서,
상기 제2 함몰부는 상기 제2 포어보다 큰 평균 직경을 갖는 전기 변색 소자 제조방법.
- 제11 항에 있어서,
상기 전해질은 상기 제2 나노 구조체 상에서 상기 제2 함몰부 및 상기 제2 포어 내로 연장되는 것을 포함하는 전기 변색 소자 제조방법.
- 제11 항에 있어서.
상기 제2 나노 구조체를 형성하는 것은:
제2 금속 산화물, 제2 고분자 입자, 및 제2 유기 분자를 포함하는 제2 혼합물을 준비하는 것;
상기 제2 혼합물을 상기 제2 기판 상에 도포하여, 제2 전구체 필름을 형성하는 것; 및
상기 제2 전구체 필름을 열처리하여, 상기 제2 포어 및 상기 제2 함몰부를 갖는 상기 제2 나노 구조체를 형성하는 것을 포함하는 전기 변색 소자 제조방법.
- 제7 항에 있어서,
상기 제2 나노 구조체 상에 제2 전기 변색 물질들을 제공하여, 제2 전기 변색층을 형성하는 것을 더 포함하는 전기 변색 소자 제조방법.
- 제7 항에 있어서,
상기 제1 포어는 복수로 형성되며,
상기 제1 함몰부는 상기 제1 포어들 중에서 적어도 일부와 연결되는 전기 변색 소자 제조방법.
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