TW201319705A - 氫化薄膜應用於全固態電致變色（ｅｃ）元件結構及其製程方法 - Google Patents

氫化薄膜應用於全固態電致變色（ｅｃ）元件結構及其製程方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201319705A
TW201319705A TW100140721A TW100140721A TW201319705A TW 201319705 A TW201319705 A TW 201319705A TW 100140721 A TW100140721 A TW 100140721A TW 100140721 A TW100140721 A TW 100140721A TW 201319705 A TW201319705 A TW 201319705A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
film
solid
electrochromic
oxide film
sputtering
Prior art date
Application number
TW100140721A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI460519B (zh
Inventor
Cheng-Han Yang
Min-Chuan Wang
Der-Jun Jan
Chi-Fong Ai
Original Assignee
Iner Aec Executive Yuan
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 Iner Aec Executive Yuan filed Critical Iner Aec Executive Yuan
Priority to TW100140721A priority Critical patent/TWI460519B/zh
Publication of TW201319705A publication Critical patent/TW201319705A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI460519B publication Critical patent/TWI460519B/zh

Links

Abstract

一種適用於全固態電致變色元件結構及製程方式，在電致變色中扮演重要角色的傳導離子而言，一般都是利用外加電解質的方式做離子提供，因而無法達到真正的全固態製程，利用此方法可將製程全固態化，簡化流程步驟降低成本外，同時亦可提供充分的傳導離子量作為變色使用。

Description

氫化薄膜應用於全固態電致變色(EC)元件結構及其製程方法
一種全固態電致變色(EC)元件結構及其製程方法，別是一種含氫化薄膜的全固態電致變色(EC)元件結構及其製程方法。
近年來全球溫室效應嚴重，如何善用太陽能並減少日照產生的熱效應是世界各國主要節能政策之一。現代建築上，玻璃窗已被廣泛應用，當大量應用於建築物及交通工具時會產生高熱，如何避免此缺點是節能的重點之一，主要方式為採用塗佈特殊膜層的玻璃或是結合特殊膜層使可以自由操控光學亮暗特性，此裝置稱為Smart Window，可達到節省能源、調節光線和熱輻射的目的。
變色材料能隨外界能量(熱、光或電)的作用產生顏色變化並具備記憶的現象，根據給予外界能量的方式共可分為電致色變、熱致色變及光致色變三大類。電致色變材料比起光致、熱致變色材料，在上色去色過程較為優異且具有可逆性，並可避免多數可見光與近紅外光穿透，此種方式是利用外加一偏壓產生電場，使離子被正負極吸引注入物質之中，利用化學鍵結變化產生不同顏色的效果，進而改變物質對於光的穿透能力。
近期，多種過渡金屬的電致變色特性已被廣泛研究，氧化鎢為還原態上色的電致變色材料，目前較多人採用，氧化鎳為氧化態著色材料，這兩種材料可搭配組成互補式電致變色元件，具較高的著色效率。
利用不同方法沉積製備出來的薄膜會有不同的薄膜型態及微結構，不同的製程條件也會有不同的特性差異，一般常見的有電化學沉積、真空濺鍍法、溶膠凝膠法或熱分解噴鍍法來製作，使用濺鍍的方式可以得到具有良好附著性及均勻性的薄膜，在透明導電電極和元件製程上亦容易達到連續化，此外濕式製程可能對元件變色性質有所影響，若用濺鍍的方式便無此問題產生，因此這是目前被廣為利用的方法。
對目前多數的電致變色元件(ECD)製作技術而言，多是利用單層或多層變色層貼合的方式，中間加上含有離子的液態電解質或有機固態電解質來達到變色目的。
然而不論是酸性或中性電解質均易造成變色層溶解於其中，使得元件效能及壽命大受影響，液態電解質的方式不但製程較為繁雜，且經長時間操作後亦可能有漏液、裂解等問題產生。
因此若要達到商業化目的，改以氧化鉭薄膜為固態電解質來取代液態或有機電解質，製作成無機固態元件可避免損壞元件問題產生，進而延長元件壽命，亦有較高的變色效率及反應速度。
然而，使用此固態電解質的方式仍有其缺點存在，由於元件本身無法提供離子作變色使用，仍需透過溶液的方式在過程中先將鋰離子驅動注入膜層當中，而後完成整個元件，步驟繁雜外亦失去全固態製程的真正意義。
即使是在濺鍍靶材中摻入鋰還是無法提供充足的傳導離子，且加入的鋰比例也有其上限存在，變色效果及變色速度皆不甚理想。
本發明於製作電致變色元件時將微量的氫加入製程氣體中，即可使膜層中含有氫離子，不但顯著提升了變色效果，反應速度相較於使用鋰離子驅動的方式亦較快，有效解決以氧化鉭薄膜為固態電解質時所產生傳導離子量不足的問題。
本發明具有下列特性：
1.　一種氫化薄膜用於全固態電致變色元件製程方式，有效解決全固態製程時所產生的傳導離子量不足的問題。
2.　在不改變或增加原有製程順序的前提下，僅需於濺鍍製程氣體中加入些微的氫，即可達到添加離子的目的，而無需調整變更靶材成分或利用溶液先將離子注入。
3.　可任意及易於控制離子的添加量，以及添加於適合的膜層，便於調整參數找出所需的離子量及元件結構。
在一實施例中，本發明提供一種全固態電致變色(EC)元件結構，其中元件結構包括：一玻璃基板；一透明導電金屬薄膜，位在該玻璃基板上；一氧化鎳薄膜，位在該透明導電金屬薄膜上；一氧化鉭薄膜，位在該氧化鎳薄膜上；一氫化之氧化鎢薄膜，位於第五層，位在該氧化鉭薄膜上；以及一上電極金屬薄膜，位於該氫化之氧化鎢薄膜上。
此外在另一種實施例中，本發明提供一種全固態電致變色(EC)元件結構之製程方法，該製程方法步驟包括：
(a)以濺鍍方式沉積一透明導電金屬薄膜於一玻璃基板上作為該電致變色元件結構之一底金屬電極；
(b)於該底金屬電極上以濺鍍方式先沉積一層輔助變色電極層氧化鎳，作為儲存離子及輔助變色用；
(c)於該氧化鎳上以濺鍍方式沉積一層固態電解質氧化鉭薄膜，作為離子傳導使用；
(d)於該氧化鉭上以濺鍍方式沉積該電致變色層氧化鎢，在製作過程中可通入適量比例的氫，使氫比氩的比例，大於等於0.02，小於等於0.06(0.02<H2/Ar<0.06)，使該電致變色層氧化鎢中含有足夠的氫離子作為驅動該電致變色元件結構變色使用；以及
(e)以蒸鍍或濺鍍方式於該電致變色層氧化鎢上方沉積金屬薄膜後即完成該電致變色元件結構製作。
本發明為一種將氫化薄膜應用於電致變色元件的結構，應用此結構可以使元件製造達到全固態化使製程步驟簡化，並能充分提供變色用傳導離子以及反應速度變快。
圖1A到圖5B分別為本發明所提出之元件製程平面結構及橫切面結構示意圖，其中，x至y為橫切線，可以產生橫切面結構示意圖。
圖1A是於玻璃基板1上濺鍍一層透明導電金屬薄膜(TCO)2之橫切面結構示意圖，透明導電金屬薄膜(TCO)2以濺鍍方式沉積於該玻璃基板1上作為電致變色元件之一底金屬電極。
圖1B是於玻璃基板1上濺鍍一層透明導電金屬薄膜(TCO)2之平面結構示意圖。
圖2A是濺鍍方式沉積氧化鎳(NiO)薄膜3之橫切面結構示意圖，於該底金屬電極2上以濺鍍方式先沉積一層輔助變色電極層氧化鎳薄膜3，作為儲存離子及輔助變色用。
圖2B是濺鍍方式沉積氧化鎳(NiO)薄膜3之平面結構結構示意圖。
圖3A是濺鍍方式沉積氧化鉭(Ta2O5)薄膜4之橫切面結構示意圖，於該氧化鎳薄膜3上以濺鍍方式沉積一層固態電解質氧化鉭薄膜4，作為離子傳導使用。
圖3B是濺鍍方式沉積氧化鉭(Ta2O5)薄膜4之平面結構示意圖。
圖4A是濺鍍方式沉積含有氫離子的氧化鎢(WO3)薄膜5之橫切面結構示意圖，於該氧化鉭薄膜4上以濺鍍方式沉積該電致變色層氧化鎢薄膜5，在製作過程中可通入適量比例的氫(0.02H2/Ar0.06)，使薄膜中含有足夠的氫離子作為驅動元件變色使用，但需注意的是氫氣的量並非越多越好，過多的氫會造成應力而使膜層發生崩解現象。
圖4B是濺鍍方式沉積含有氫離子的氧化鎢(WO3)薄膜5之平面結構示意圖。
圖5A是蒸鍍或濺鍍上一層金屬薄膜之橫切面結構示意圖，其中由下而上分別為。
圖5B是蒸鍍或濺鍍上一層金屬薄膜之平面結構示意圖，此結構皆包含：玻璃基板(Glass)1、透明導電金屬薄膜(TCO)2、氧化鎳薄膜(NiO)3、氧化鉭(Ta2O5)薄膜4、氫化之氧化鎢(H:WO3)薄膜5及上電極金屬薄膜6。
圖一A至圖5B為在依序堆疊透明導電金屬薄膜(TCO)2、氧化鎳薄膜(NiO)3、氧化鉭(Ta2O5)薄膜4後，再鍍上一層含有氫離子的氧化鎢薄膜5之平面結構及橫切面結構示意圖，最後用蒸鍍或濺鍍方式鍍上金屬作為上電極金屬6即可完成該元件。
應用上述結構便可僅用濺鍍方式即完成一連串製程，對於採用固態製程的方式有所幫助，可避掉濕式製程以提升元件壽命良率外，亦可使製程簡化達到成本下降。
本發明最佳實施例，以氫化薄膜作為固態電致變色元件之實際驗證結果，提供專利可行性之佐證：
圖六為元件施加±5 V後之上色元件61與去色元件62外觀，可以明顯看出有明顯顏色變化存在。
圖七則為元件在上去色狀態下所量測得到之反射光譜圖，可見光範圍下反射率差異值最大可達58%的變化率，變色效果顯著。
圖八及圖九為施加電壓分別在±3V及±5V範圍之循環伏安曲線圖，可以發現隨電壓增加滯環(Loop)面積也增加，可驅動離子遷入遷出量隨之增加，圖九所示，元件在±5V下操作的效能較好，反應電荷量為0.0146(C/cm2)。
綜合上述結果可知，利用氫化薄膜的方式將氫離子加於氧化鎢電致變色層的方式確實可以不需透過溶液或其它方式外加離子，在全固態的製程下即可製作出具有亮暗改變度高的電致變色元件，而元件在不同外加電壓下亦會有不同效能表現，±5V時的反應電荷量最大，效果也較佳。
如圖十所示，本發明，氫化薄膜應用於全固態電致變色(EC)元件結構之製程方法包含以下步驟：
步驟101:
以濺鍍(Sputtering)方式沉積一透明導電金屬薄膜(TCO)於一玻璃基板上作為該電致變色元件結構之一底金屬電極。
步驟102:
於底金屬電極上以濺鍍(Sputtering)方式先沉積一層輔助變色電極層氧化鎳(NiO)，作為儲存離子及輔助變色用。
步驟103:
於氧化鎳上以濺鍍(Sputtering)方式沉積一層固態電解質氧化鉭(Ta2O5)薄膜，作為離子傳導使用。
步驟104:
於氧化鉭上以濺鍍(Sputtering)方式沉積一電致變色層氧化鎢(WO3)，在製作過程中可通入適量比例的氫，使氫比氩的比例，大於等於0.02，小於等於0.06(0.02H2/Ar0.06)，使該電致變色層氧化鎢中含有足夠的氫離子作為驅動該電致變色元件結構變色使用，但需注意的是氫氣的量並非越多越好，過多的氫會造成應力而使膜層發生崩解現象。
步驟105：
以蒸鍍(Evaporation)或濺鍍(Sputtering)方式於該電致變色層氧化鎢上方沉積金屬薄膜後即完成該電致變色元件結構製作。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍，當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1．．．玻璃基板(Glass)
2．．．透明導電金屬薄膜(TCO)
3．．．氧化鎳薄膜(NiO)
4．．．氧化鉭(Ta2O5)薄膜
5．．．氫化之氧化鎢(H:WO3)薄膜
6．．．上電極金屬薄膜(Metal)
101．．．步驟
102．．．步驟
103．．．步驟
104．．．步驟
105．．．步驟
61．．．上色元件
62．．．去色元件
圖一A：是於玻璃基板上濺鍍一層透明導電金屬薄膜(TCO)之橫切面結構示意圖
圖一B：是於玻璃基板上濺鍍一層透明導電金屬薄膜(TCO)之平面結構示意圖
圖二A：是濺鍍方式沉積氧化鎳(NiO)薄膜之橫切面結構示意圖
圖二B：是濺鍍方式沉積氧化鎳(NiO)薄膜之平面結構示意圖
圖三A：是濺鍍方式沉積氧化鉭(Ta2O5)薄膜之橫切面結構示意圖
圖三B：是濺鍍方式沉積氧化鉭(Ta2O5)薄膜之平面結構示意圖
圖四A：是濺鍍方式沉積含有氫離子的氧化鎢(WO3)薄膜之橫切面結構示意圖
圖四B：是濺鍍方式沉積含有氫離子的氧化鎢(WO3)薄膜之平面結構示意圖
圖五A：是蒸鍍或濺鍍上一層金屬薄膜之橫切面結構示意圖
圖五B：是蒸鍍或濺鍍上一層金屬薄膜之平面結構示意圖
圖六：是全固態電致變色元件施加±5 V之上色元件與去色元件外觀
圖七：是全固態電致變色元件施加±5 V之反射光譜圖變化，紅色曲線為去色狀態，藍色曲線為上色狀態
圖八：是全固態電致變色元件施加±3V之循環伏安(Cyclic voltammetry)曲線圖
圖九：是全固態電致變色元件施加±5V之循環伏安Cyclic voltammetry)曲線圖
圖十：本發明製作方法步驟圖
1．．．玻璃基板(Glass)
2．．．透明導電金屬薄膜(TCO)
3．．．氧化鎳薄膜(NiO)
4．．．氧化鉭(Ta2O5)薄膜
5．．．氫化之氧化鎢(H:WO3)薄膜
6．．．上電極金屬薄膜(Metal)

Claims (7)

  1. 一種全固態電致變色(EC)元件結構，其中元件結構包括：一玻璃基板；一透明導電金屬薄膜，位在該玻璃基板上；一氧化鎳薄膜，位在該透明導電金屬薄膜上；一氧化鉭薄膜，位在該氧化鎳薄膜上；一氫化之氧化鎢薄膜，位在該氧化鉭薄膜上；以及一上電極金屬薄膜，位於該氫化之氧化鎢薄膜上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之全固態電致變色元件結構，其中，該透明導電金屬薄膜，是電致變色元件之底金屬電極。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之全固態電致變色元件結構，其中，該氧化鎳薄膜，是儲存離子及輔助變色電極層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之全固態電致變色元件結構，其中，該氧化鉭薄膜，作用是傳導離子。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之全固態電致變色元件結構，其中，該氫化之氧化鎢薄膜，使薄膜中含有足夠的氫離子作為驅動該元件變色使用。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之全固態電致變色元件結構，其中，該元件結構在不同外加電壓下有不同效能表現，±5V時的反應電荷量最大。
  7. 一種全固態電致變色(EC)元件結構之製程方法，其係包括下列步驟：(a)以濺鍍方式沉積一透明導電金屬薄膜於一玻璃基板上作為該電致變色元件結構之一底金屬電極；(b)於該底金屬電極上以濺鍍方式先沉積一層輔助變色電極層氧化鎳，作為儲存離子及輔助變色用；(c)於該氧化鎳上以濺鍍方式沉積一層固態電解質氧化鉭薄膜，作為離子傳導使用；(d)於該氧化鉭上以濺鍍方式沉積一電致變色層氧化鎢，在製作過程中可通入適量比例的氫，使氫比氩的比例，大於等於0.02，小於等於0.06(0.02H2/Ar0.06)，使該電致變色層氧化鎢中含有足夠的氫離子作為驅動該電致變色元件結構變色使用；以及(e)以蒸鍍或濺鍍方式於該電致變色層氧化鎢上方沉積金屬薄膜後即完成該電致變色元件結構製作。
TW100140721A 2011-11-08 2011-11-08 氫化薄膜應用於全固態電致變色（ｅｃ）元件結構及其製程方法 TWI460519B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW100140721A TWI460519B (zh) 2011-11-08 2011-11-08 氫化薄膜應用於全固態電致變色（ｅｃ）元件結構及其製程方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW100140721A TWI460519B (zh) 2011-11-08 2011-11-08 氫化薄膜應用於全固態電致變色（ｅｃ）元件結構及其製程方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201319705A true TW201319705A (zh) 2013-05-16
TWI460519B TWI460519B (zh) 2014-11-11

Family

ID=48872478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100140721A TWI460519B (zh) 2011-11-08 2011-11-08 氫化薄膜應用於全固態電致變色（ｅｃ）元件結構及其製程方法

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI460519B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104789927A (zh) * 2015-04-20 2015-07-22 福建省诺希科技园发展有限公司 一种全固态氧化钨系电致变色器件的制备方法及其制品
CN105278198A (zh) * 2015-11-17 2016-01-27 崔玉柱 互补型无机全固态电致变色器件及其制备方法
CN110184576A (zh) * 2019-06-18 2019-08-30 上海空间电源研究所 一种柔性无机电致变发射率材料及其制备方法与应用
TWI674468B (zh) * 2016-09-09 2019-10-11 行政院原子能委員會核能硏究所 電致變色元件及其製造方法
TWI686975B (zh) * 2019-02-13 2020-03-01 行政院原子能委員會核能研究所 電化學元件、其製作方法以及作為電池部件的用途、以及包含此電化學元件的電化學裝置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8736947B2 (en) * 2009-10-23 2014-05-27 Applied Materials, Inc. Materials and device stack for market viable electrochromic devices
TWI415511B (zh) * 2009-12-29 2013-11-11 Metal Ind Res & Dev Ct A color forming apparatus and a method for manufacturing the same, and an electronic product and a vehicle including the same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104789927A (zh) * 2015-04-20 2015-07-22 福建省诺希科技园发展有限公司 一种全固态氧化钨系电致变色器件的制备方法及其制品
CN105278198A (zh) * 2015-11-17 2016-01-27 崔玉柱 互补型无机全固态电致变色器件及其制备方法
TWI674468B (zh) * 2016-09-09 2019-10-11 行政院原子能委員會核能硏究所 電致變色元件及其製造方法
TWI686975B (zh) * 2019-02-13 2020-03-01 行政院原子能委員會核能研究所 電化學元件、其製作方法以及作為電池部件的用途、以及包含此電化學元件的電化學裝置
CN110184576A (zh) * 2019-06-18 2019-08-30 上海空间电源研究所 一种柔性无机电致变发射率材料及其制备方法与应用

Also Published As

Publication number Publication date
TWI460519B (zh) 2014-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230176439A1 (en) Electrochromic devices and methods
Liu et al. Charge-transfer kinetics and cyclic properties of inorganic all-solid-state electrochromic device with remarkably improved optical memory
CN111142304B (zh) 一种全固态电致变色器件及其制作方法
CN104834145B (zh) 一种叠层电致变色玻璃及其应用
CN100498493C (zh) 一种无机全固态电致变色元件的制备方法
Liu et al. Electrolytes-relevant cyclic durability of nickel oxide thin films as an ion-storage layer in an all-solid-state complementary electrochromic device
CN107300819B (zh) 同时掺杂有锂和金属掺杂物的电致变色的镍氧化物
Granqvist Electrochromic devices
US8842357B2 (en) Electrochromic device and method for making electrochromic device
TWI460519B (zh) 氫化薄膜應用於全固態電致變色（ｅｃ）元件結構及其製程方法
CN108254989B (zh) 全固态电致变色窗和固态电致变色镜及其制备方法
Cossari et al. Fully integrated electrochromic-OLED devices for highly transparent smart glasses
CN204595399U (zh) 一种电致变色玻璃
CN104614914A (zh) 一种自带太阳能电池的电致变色玻璃
Chen et al. MgF2 as abundant and environmentally friendly electrolytes for high performance electrochromic devices
Solovyev et al. Electrochromic device with polymer electrolyte
Tajima et al. Solid electrolyte of tantalum oxide thin film deposited by reactive DC and RF magnetron sputtering for all-solid-state switchable mirror glass
TWI550331B (zh) 一種全固態電致變色元件的製造方法
TWI495944B (zh) 電致變色混合膜及其應用之電致變色元件
US11753712B2 (en) Durable electrochromic device including tungsten oxide film prepared in high ion bombardment and low pressure deposition environment, and/or methods of making the same
CN114035389B (zh) 可抑制自褪色/自着色并扩展电位窗口的电致变色薄膜结构、电致变色器件
Li et al. High performance inorganic all-solid-state electrochromic devices based on Si3N4 ion conducting layer
CN111176046B (zh) 一种钴酸锂薄膜及其制备方法和应用
Han et al. Unlocking dual-band electrochromism with stacked structure of amorphous tungsten oxide and Prussian blue
KR20030037744A (ko) 리튬티타늄 옥사이드 필름을 이용한 일렉트로크로믹디스플레이용 보조전극

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees