多窗格电致变色窗户.pdf

本发明描述了窗户单元，例如具有至少两个窗格，每一个窗格上均具有电致变色(EC)装置的中空玻璃单元(IGU)。双窗格窗户单元的每一个窗格上的两个光学状态装置为窗户单元提供四种光学状态。描述的窗户单元使得窗户用户在有多少光可透过电致变色窗方面具有更多选择。此外，通过使用两个或更多个窗格，每一个窗格均具有各自的电致变色装置且在窗户单元内对齐，则可凭借该非常小的可能性(任何视觉缺陷将很好地对齐，如此用户便可看到)来抵消任何单个装置的视觉缺陷。

权利要求书一种窗户单元，包括：
第一基本透明基底和设置在其上的第一电致变色装置；
第二基本透明基底和设置在其上的第二电致变色装置；和
所述第一和第二基本透明基底之间的密封隔板，所述密封隔板与所述第一和第二基本透明基底一起限定出隔热内部区域。
根据权利要求1所述的窗户单元，其中，所述第一和第二基本透明基底基本上是刚性的。
根据权利要求1所述的窗户单元，其中，所述第一和第二基本透明基底中的至少一个包括建筑玻璃。
根据权利要求1所述的窗户单元，其中，所述第一和第二基本透明基底中的至少一个还包括低放射率涂层。
根据权利要求1所述的窗户单元，其中，所述第一和第二电致变色装置中的至少一个面向所述内部区域。。
根据权利要求5所述的窗户单元，其中，所述第一和第二电致变色装置均面向所述内部区域。
根据权利要求1所述的窗户单元，其中，所述第一电致变色装置在所述第一基本透明基底的基本整个可视区域延伸。
根据权利要求1所述的窗户单元，其中，所述第一和第二电致变色装置中的至少一个为两种状态电致变色装置。
根据权利要求8所述的窗户单元，其中，所述第一和第二电致变色装置均为两种状态电致变色装置，且所述窗户单元具有两种光学状态。
根据权利要求8所述的窗户单元，其中，所述第一和第二电致变色装置均为两种状态电致变色装置，且所述窗户单元具有四种光学状态。
根据权利要求10所述的窗户单元，其被配置为如下，安装时所述第一基本透明基底将面向房间或建筑物的外部，且所述第二基本透明基底将面向房间或建筑物的内部，且其中所述第一和第二电致变色装置的每一个均具有各自的高透射状态和低透射状态，且其中所述第二电致变色装置的低透射状态的透过率高于所述第一电致变色装置的低透射状态的透过率。
根据权利要求11所述的窗户单元，其中，所述第一电致变色装置比所述第二电致变色装置能更好地抵抗环境恶化。
根据权利要求11所述的窗户单元，其中，所述第一和第二电致变色装置均面向所述内部区域。
根据权利要求12所述的窗户单元，其中，所述第二基本透明基底薄于所述第一基本透明基底。
根据权利要求1所述的窗户单元，其中，所述第一和第二电致变色装置中的至少一个为全固态无机装置。
根据权利要求1所述的窗户单元，其中，所述第一和/或所述第二电致变色装置的至少一个透明导电氧化物层被配置(其为电致变色装置的组分)为独立于所述电致变色装置的操作被加热。
根据权利要求11所述的窗户单元，其中，所述第一电致变色装置的低透射状态的透过率在大约5％和大约15％之间，且所述第一电致变色装置的高透射状态的透过率在大约75％和大约95％之间；且所述第二电致变色装置的低透射状态的透过率在大约20％和大约30％之间，且所述第二电致变色装置的高透射状态的透过率在大约75％和大约95％之间。
根据权利要求10所述的窗户单元，其中，所述四种光学状态为：
i)总透过率在大约60％和大约90％之间；
ii)总透过率在大约15％和大约30％之间；
iii)总透过率在大约5％和大约10％之间；和
iv)总透过率在大约0.1％和大约5％之间。
根据权利要求1所述的窗户单元，其中，所述密封隔板设置在所述第一和第二基本透明基底的周围区域附近，而基本上不会使所述窗户单元的可视区域变得模糊。
根据权利要求1所述的窗户单元，其中，所述密封隔板气密地密封所述内部区域。
根据权利要求1所述的窗户单元，其中，所述内部区域基本上没有液体和湿气。
根据权利要求1所述的窗户单元，其中，所述内部区域包含惰性气体。
根据权利要求3所述的窗户单元，其中，所述第一和第二基本透明基底均为建筑玻璃。
根据权利要求14所述的窗户单元，其中，所述全固态无机装置中的可视缺陷、小孔和由隔开与可视短路有关的缺陷而产生的短路有关的小孔的总数量小于大约0.1个缺陷每平方厘米。
根据权利要求15所述的窗户单元，其中，所述全固态无机装置中的可视缺陷、小孔和由隔开与可视短路有关的缺陷而产生的短路有关的小孔的总数量小于大约0.045个缺陷每平方厘米。
根据权利要求1所述的窗户单元，其中，所述窗户单元基本没有可视缺陷。
一种制造窗户单元的方法，所述方法包括：
使其上设置有第一电致变色装置的第一基本透明基底与其上设置有第二电致变色装置的第二基本透明基底基本平行；以及
在所述第一和第二基本透明基底之间安装密封隔板，所述密封隔板与所述第一和第二基本透明基底一起限定出一个内部区域，所述内部区域隔热。
根据权利要求27所述的方法，其中，所述第一和第二基本透明基底中的至少一个包括建筑玻璃。
根据权利要求27所述的方法，其中，所述第一和第二基本透明基底中的至少一个还包括低放射率涂层。
根据权利要求27所述的方法，其中，所述第一和第二电致变色装置均面向所述内部区域。
根据权利要求27所述的方法，其中，所述第一和第二电致变色装置中的至少一个为两种状态电致变色装置。
根据权利要求31所述的方法，其中，所述第一和第二电致变色装置均为两种状态电致变色装置，且所述窗户单元具有四种光学状态。
根据权利要求27所述的方法，其中，所述第一和第二电致变色装置中的至少一个为全固态无机装置。
根据权利要求31所述的方法，其中，所述第一电致变色装置的低透射状态的透过率在大约5％和大约15％之间，且所述第一电致变色装置的高透射状态的透过率在大约75％和大约95％之间；且所述第二电致变色装置的低透射状态的透过率在大约20％和大约30％之间，且所述第二电致变色装置的高透射状态的透过率在大约75％和大约95％之间。
根据权利要求32所述的方法，其中，所述四种光学状态为：
i)总透过率在大约60％和大约90％之间；
ii)总透过率在大约15％和大约30％之间；
iii)总透过率在大约5％和大约10％之间；和
iv)总透过率在大约0.1％和大约5％之间。
根据权利要求27所述的方法，其中，所述密封隔板气密地密封所述内部区域。
根据权利要求27所述的方法，其中，所述内部区域包含惰性气体。
根据权利要求27所述的方法，其中，所述窗户单元没有可视缺陷。
根据权利要求27所述的方法，其中，所述窗户单元为中空玻璃单元。
根据权利要求33所述的方法，其中，所述全固态无机装置中的可视缺陷、小孔和由隔开与可视短路有关的缺陷而产生的短路有关的小孔的总数量小于大约0.1个缺陷每平方厘米。
根据权利要求33所述的方法，其中，所述全固态无机装置中的可视缺陷、小孔和由隔开与可视短路有关的缺陷而产生的短路有关的小孔的总数量小于大约0.045个缺陷每平方厘米。
一种窗户单元，包括：
第一基本透明基底和设置在其上的电致变色装置；
第二基本透明基底和位于其上的可加热透明导电氧化物层；和
所述第一和第二基本透明基底之间的密封隔板，所述密封隔板与所述第一和第二基本透明基底一起限定出隔热内部区域。
根据权利要求42所述的窗户单元，其中，所述电致变色装置和所述可加热透明导电氧化物均在所述内部区域内。
根据权利要求43所述的窗户单元，其中，所述第二基本透明基底包括红外线反射和/或红外线吸收涂层。
根据权利要求43所述的窗户单元，其中，所述电致变色装置为全固态且无机的。

说明书多窗格电致变色窗户
相关申请案的交叉引用
本申请要求于2010年8月5日提交的美国专利申请序列号12/851,514的优先权权益，其内容以全文引用的方式并入本文。
技术领域
本发明大体上涉及电致变色装置，更具体地涉及电致变色窗户。
发明背景
电致变色是一种现象，在该现象中当材料被置于不同的电子态时(通常经过电压变化)其光学属性呈现出电化学介导变化。光学属性通常为颜色、透过率、透过率和反射率的一个或多个。例如，一种众所周知的电致变色材料为氧化钨(WO3)。氧化钨是一种阴极电致变色材料，其中由于电化学还原出现了从透明至蓝色的着色过渡。
虽然在20世纪60年代就发现了电致变色，但遗憾的是电致变色装置仍存在各种问题，且并未开始实现其全部的商业潜力。电致变色材料可加入，例如窗户和镜子中。可通过诱使电致变色材料发生变化来改变这种窗户和镜子的颜色、透过率、吸光率和/或反射率。然而，由于传统的电致变色窗电存在，例如缺陷率高和多功能性低的问题，因此需要在致变色科技、器件以及制造和/或使用其的有关方法方面取得进步。
发明概要
此处描述了具有至少两个窗格，每一个窗格上均具有电致变色(EC)装置的窗户单元，例如中空玻璃单元(IGU)。例如，当窗户单元具有两个窗格时，每一个窗格均具有两种光学状态，如此窗户单元便可具有多达四种光学状态。此处描述的窗户单元使得窗户用户在有多少光可透过电致变色窗方面具有更多选择，即多功能性，也就是说多窗格IGU允许对光透进行分级而非简单的“打开或关闭”传统的两种状态窗户。然而，改进的两种状态窗户是本发明的实施方案。此处描述的窗户允许用户，例如调整进入房间的光线和热负荷。第二个益处是改善了由于光学缺陷不对准而造成的缺陷率。发明人已发现通过使用两个或更多窗格，每一个窗格均具有各自的电致变色装置且在窗户单元内对齐，即一个窗格位于另一个窗格之前，则可凭借该非常小的可能性(任何视觉缺陷将很好地对齐，如此用户便可看到)来抵消任何单个装置的视觉缺陷。
几乎任何电致变色装置或装置可在窗户单元的窗格上结合使用，然而由于该较低的可能性(任何视觉缺陷将对齐，如此最终用户可看到)，低缺陷电致变色装置可非常好地工作。在一个实施方案中，使用了两种状态(例如具有高透过率和低透过率)全固态低缺陷率电致变色装置(分别位于双窗格IGU相对的窗格上)以产生四种状态电致变色窗户。这样，最终用户对于多少光线穿过窗户单元具有四种选择，且事实上当电致变色窗户着色后，对于观察者而言没有可发觉的视觉缺陷。此处描述了该科技的其它优点。
一个实施方案是窗户单元，其包括：第一基本透明基底和设置在其上的第一电致变色装置；第二基本透明基底和设置在其上的第二电致变色装置；以及第一和第二基本透明基底之间的密封隔板，密封隔板与第一和第二基本透明基底一起限定出一个隔热内部区域。实施方案包括建筑玻璃等级基底，且可使用低辐射率涂层。在某些实施方案中，第一和第二电致变色装置中的至少一个面向内部区域，在某些情况下第一和第二电致变色装置均面向内部区域。
在一个实施方案中，第一和第二电致变色装置中的至少一个为两种状态电致变色装置，在一些实施方案中第一和第二电致变色装置均为两种状态电致变色装置，且窗户单元具有四种光学状态。在一个实施方案中，安装时窗户单元的第一基本透明基底将面向房间或建筑物的外部，第二基本透明基底将面向所述房间或建筑物的内部。在一个实施方案中，第一和第二电致变色装置的每一个均具有各自的高透射状态和低透射状态，且在特别实施方案中，第二电致变色装置的低透射状态的透过率高于第一电致变色装置的低透射状态的透过率。在一个实施方案中，第一电致变色装置的低透射状态的透过率在大约5％和大约15％之间，第一电致变色装置的高透射状态的透过率在大约75％和大约95％之间；第二电致变色装置的低透射状态的透过率在大约20％和大约30％之间，第二电致变色装置的高透射状态的透过率在大约75％和大约95％之间；为了本实施方案的目的，装置的透射状态包括在其上构建的基底的透射率
由于每一个装置具有两种光学状态(着色或褪色，其分别与低透射率和高透射率对应)，此处描述的窗户单元可具有四种光学状态。四种光学状态的每一个为两个电致变色装置的透射率的乘积。在一个实施方案中，窗户单元的四种光学状态为：i)总透过率在大约60％和大约90％之间；ii)总透过率在大约15％和大约30％之间；iii)总透过率在大约5％和大约10％之间；以及iv)总透过率在大约0.1％和大约5％之间。
在一个实施方案中，基底上将面向外部环境的电致变色装置可被配置为比基底上面向安装有窗户单元的建筑的内部的电致变色装置能更好地抵抗环境恶化。在一个实施方案中，第一和第二电致变色装置的至少一个为全固态且无机的装置。
另一个实施方案是制造窗户单元的方法，该方法包括：使其上设置有第一电致变色装置的第一基本透明基底与其上设置有第二电致变色装置的第二基本透明基底基本平行；以及在第一和第二基本透明基底之间安装密封隔板，密封隔板与第一和第二基本透明基底一起限定出一个内部区域，所述内部区域隔热。
下面将参考附图更详细地描述这些和其它特性和优点。
附图简述
当结合附图考虑时可更充分地理解以下详细说明，其中：
图1描绘了多窗格窗户组件的透视分解图。
图2描绘了多窗格窗户组件的剖面。
图3是太阳光谱和代表四种状态多窗格窗户组件的曲线的图。
图4是多窗格窗户组件的示意性剖面。
图5描是电致变色装置的示意性剖面。
图6A是处于褪色状态的电致变色装置的示意性剖面。
图6B是处于着色状态的电致变色装置的示意性剖面。
图7是具有离子导电电绝缘界面区域而非不同的IC层的电致变色装置的示意性剖面。
图8是离子导电层的颗粒在装置内引起局部缺陷的电致变色装置的示意性剖面。
图9A是沉积电致变色堆叠的剩余部分之前导电层上带有颗粒的电致变色装置的示意性剖面。
图9B是图6A的电致变色装置的示意性剖面，其中“突然脱离”缺陷是在形成电致变色堆叠的过程中形成。
图9C是图6B的电致变色装置的示意性剖面，示出了一旦沉积第二导电层由突然脱离缺陷造成的电短路。
图10描绘了用于在建筑玻璃等级基底上制造全固态电致变色装置的综合沉积系统。
具体实施方式
此处描述了至少具有两个窗格，每一个窗格上均具有电致变色装置的窗户单元，例如IGU。例如，当窗单元具有两个窗格时，每一个窗格均具有两种光学状态时，窗户单元可具有多达四种光学状态。此处描述的窗单元使得窗户用户在有多少光可透过电致变色窗方面具有更多选择，即多窗格IGU概念允许对光透进行分级而非简单的“打开或关闭”传统的两种状态窗户。第二个益处是改进了由于不对准的光学缺陷造成的缺陷率，甚至是两种状态窗户。发明人已发现通过使用两个或更多窗格，每一个窗格均具有各自的电致变色装置且在窗户单元内对齐，即一个窗格位于另一个窗格之前，则可凭借该非常小的可能性(任何视觉缺陷将很好地对齐，如此用户便可看到)来抵消任何单个装置的视觉缺陷。更多的益处包括允许使用产量较低的电致变色玻璃，这是因为如果如所描述的那样将两个电致变色窗格结合，缺陷率会更高。从制造的观点以及减少废物流来看，这可节省金钱。其它益处包括适合应用于隐私玻璃的增强的颜色深度、可弥补遮蔽效果以使窗户的着色更一致，以及单个装置可具有独特的颜色以进行一定程度的颜色控制。
结合低缺陷率全固态无机电致变色装置描述了某些实施方案，然而本发明在这方面不受限制。几乎任何电致变色装置或装置可结合使用，然而由于该较低的可能性(任何视觉缺陷将对齐，如此最终用户可看到)，低缺陷电致变色装置可非常好地工作。
本领域的一个普通技术人员将理解“两种状态”电致变色装置指的是具有褪色状态和着色状态的装置，每一种状态都要求施加电流。事实上，两种状态EC装置实际上具有三种状态：褪色、着色和中性。“中性”描述了窗户的“自然”状态，未施加电荷来使窗户褪色或着色(例如，图5示出了处于中性状态的EC装置，而图6A和6B分别示出褪色和着色状态)。为了本申请的目的，假设电致变色装置的“状态”为通过将电流施加至EC装置而获得的着色或透明状态，虽然中性状态是装置的固有状态。例如，“两种状态”多窗格电致变色窗户(例如具有两个窗格，每个窗格均具有电致变色装置，如此处描述的那样)实际上将处于(净)状态，其中两个电致变色装置或其中之一未被施加电流。如此，如果一个电致变色装置处于着色状态而另一个电致变色装置为“中性”，则其共同形成窗户单元的附加光学状态。
多窗格电致变色窗
在本申请中，“窗户单元”包括两个基本透明基底，例如两个窗格玻璃，其中每一个基底上至少设置有一个电致变色装置，且窗格之间设置有隔板。由于IGU可包括组装入单元内的两个以上的玻璃窗格，且对于电致变色窗户具体地可包括用于将电致变色玻璃连接至电压电源、交换器等的电引线，术语“窗户单元”用于表达更简单的子组件。即，为了本发明的目的，IGU可包括除窗户单元之外的更多部件。窗户单元最基本的组件是两个基底，每个基底上均具有电致变色装置，两个基底之间具有密封隔板，其与两个基底对齐。
发明人已发现通过在窗户单元中使用两个或更多电致变色窗格，可凭借该非常小的可能性(任何视觉缺陷将很好地对齐，如此用户便可看到)来抵消任何单个装置的视觉缺陷。可结合使用几乎任何电致变色装置或装置，然而，以上描述的低缺陷电致变色装置工作得特别好。在一个实施方案中，在IGU中全固态低缺陷率电致变色装置(电致变色窗户的两个窗格的每一个上具有一个全固态低缺陷率电致变色装置)彼此相对。这样，当例如两个电致变色窗格均着色后，对观察者而言几乎没有可发觉的可视缺陷。
一个实施方案是窗户单元，其包括：第一基本透明基底和设置在其上的第一电致变色装置；第二基本透明基底和设置在其上的第二电致变色装置；以及第一和第二基本透明基底之间的密封隔板，密封隔板与第一和第二基本透明基底一起限定出隔热内部区域。
图1描绘了窗户单元100，其具有第一基本透明基底105、隔板110和第二基本透明基底115。基底105和基底115上均制造有电致变色装置(未示出)。当将这三个部件结合时(其中隔板110夹在基底105和115之间并与基底105和115对齐)就形成了窗户单元100。窗户单元100具有相连的由基底与隔板接触的面和隔板的内表面限定出的内部空间。隔板110通常为密封隔板，即包括隔离片和位于隔离片和每一个基底之间的密封件，其中隔离片和密封件邻接以对内部区域进行气密密封，从而保护内部免受湿气等影响。作为惯例，对于此处描述的两个窗格窗户单元，基底的四个可视表面以数字表示。表面1为基底的位于，例如其墙壁上安装的窗户具有这种窗户单元的房间或建筑物外部的表面。包括了风格化太阳以表示表面1将暴露于，例如外部环境。表面2是基底的位于窗户单元的内部空间内的另一个表面。表面3是第二基底的位于窗户单元的内部空间内的表面。表面4为第二基板的另一个表面，其位于窗户单元的内部空间外部但却位于，例如上述房间或建筑物的内部。惯例并未否定在建筑物的内部空间完全使用此处描述的窗户单元，然而由于其光学以及隔热性能，在建筑物的外墙上使用窗户单元具有特别的优点。
“基本透明基底”包括此处结合固态无机电致变色装置描述的那些。即，其基本上为刚性的，例如玻璃或塑胶玻璃。窗户单元的基底不需要由相同材料制成，例如一个基底可以是塑料的而另一个可以是玻璃的。在另一个实例中，一个基底可薄于另一个基底，例如将面向建筑内部的基底(即未暴露于环境的基底)可薄于将面向建筑外部的基底。在一个实施方案中，靠近，例如建筑物的外部环境的电致变色装置比靠近该建筑物内部的第二电致变色装置能更好地抵抗环境恶化。在一个实施方案中，第一和第二基本透明基底中的至少一个包括建筑玻璃。在另一个实施方案中，第一和第二基本透明基底中的至少一个还包括低放射率涂层。在另一个实施方案中，第一和第二基本透明基底中的至少一个还包括UV和/或红外线(IR)吸收器，和/或UV和/或IR反射层。在一个实施方案中，UV和/或IR反射和/或吸收器层位于表面1上，在另一个实施方案中位于表面2上，在再另一个实施方案中位于表面3上，以及在另一个实施方案中位于表面4上。在这些实施方案中，考虑到这种层或涂层可与窗格的表面直接接触和/或位于，例如基底表面上的EC堆叠的顶部，因此表面“上”指位于表面上或与表面相连。一个实施方案是此处描述的任何窗户单元，其中EC装置的一个或多个上具有UV和/或IR吸收器和/或UV和/或IR反射层。
在一个实施方案中，对电致变色装置其中之一的透明导电氧化物中的至少一个进行了配置以便可独立于对电致变色装置的操作通过施加电流来对其(其为电致变色装置的部件)进行加热。由于多个原因，例如在转变之前对EC装置进行预加热和/或产生隔热屏障以改善建筑物内部的热损失，这是有用的。如此，一个实施方案是如此处描述的窗户单元，其中对电致变色装置其中之一的透明导电氧化物的其中之一进行了配置以便可独立于对电致变色装置的操作通过施加电流来对其(其为电致变色装置的部件)进行加热。一个实施方案是如此处描述的两个窗格电致变色窗户，其中每一个窗格处于内部区域的面(表面2和3)上具有EC装置，且表面3上的EC装置的透明导电氧化物被配置为通过施加电来对其进行加热，所述加热独立于对EC装置的操作。另一个实施方案是如结合图1描述的两个窗格电致变色窗户单元，其中两个电致变色装置的每一个具有被配置为用于加热的TCO(其为该装置的部件)，所述加热独立于对装置的操作。该配置在寒冷气候中尤其有用，在寒冷气候中外部窗格更冷，可在例如使装置转变之前对TCO(其为装置的部件)进行加热，因此装置的转变借助于预热。例如，还可对内部窗格上的装置的TCO进行加热以产生可保持建筑物内的热量的隔热屏障。
每一个透明基底上的电致变色装置不需要是同一类型。即，一个可以是，例如全无机固态而另一个包括基于有机的电致变色材料。在一个实施方案中，两个电致变色装置均为全固态以及无机的，在另一个实施方案中，两个电致变色装置还为低缺陷率装置，例如如此处描述的低缺陷率全固态无机电致变色装置。通过如描述的那样将两个这种电致变色装置对齐，可制成着色时几乎没有可视缺陷的窗户单元。
电致变色装置在窗户单元的内部区域内(例如，在表面2和3上)不必彼此相对，但是在一个实施方案中其彼此相对。这种配置是理想配置，这是因为两个电致变色装置均在窗户单元的内部区域，可免受外部环境的影响。电致变色装置在其所处透明基底的基本整个可视区域上延伸也是理想的。
图2描绘了窗户单元200的剖面，其包括建筑玻璃窗格205，其上设置有电致变色装置210。窗户单元200还包括第二建筑玻璃窗格215，其上设置有电致变色装置220。装置210和220窗户单元200的内部区域彼此相对。密封隔板225密封窗户单元，且在本实例中其与电致变色装置重叠。电连接(未示出)也可穿过或接触隔板225。隔板225可以是一个整体或由多个部件(例如，刚性或半刚性隔离片以及一种或多种粘合剂和/或密封元件)制成。在一个实例中，隔板225包括隔离片(比如，金属隔离片)、两个密封隔离片与每一个窗格接触的区域的密封(有时称作主密封)以及窗格之间围绕隔离片外周长的密封(有时称为二次密封，例如密封粘合剂)。为了便于描述图2，简化了隔板225。
如上所述，由于电致变色窗户单元会经受较高温度(由于玻璃上的电致变色装置吸收辐射能)，因此相对于传统IGU使用的隔板和密封剂而言，需要更坚固的隔板和密封剂。密封隔板225设置在第一和第二基本透明基底的周围区域，且基本上不会使窗户单元的可视区域变得模糊(同样，例如，如图1中所描绘的那样)。在一个实施方案中，密封隔板气密地密封内部区域。窗户单元200的内部区域通常(但未必)充满惰性气体，比如氩气或氮气。在一个实施方案中，内部空间基本上没有液体。在一个实施方案中，内部空间充满惰性气体且基本上没有液体。在一个实施方案中，内部空间基本上是干的，即湿气含量小于大约0.1ppm。在另一个实施方案中，内部空间将要求至少大约‑40℃至露点(水汽从内部空间冷凝)，在另一个实施方案中内部空间要求至少大约‑70℃。
窗户单元200的窗格205被描绘为面向外部环境(例如，如太阳光线所图示的那样)，而窗格215面向建筑(例如，办公楼)的内部，如一名正在工作的人的外形轮廓所图示的那样。在某些实施方案中，理想的是就透射率而言，制造内部和外部电致变色装置，即靠近内部环境的装置和靠近外部环境的装置具有不同电致变色状态的窗户单元。在一个实施方案中，第一和第二电致变色装置中的至少一个为两种状态电致变色装置。在另一个实施方案中，第一和第二电致变色装置均为两种状态电致变色装置，因此窗户单元具有四种光学状态。在一个实施方案中，安装时这种窗户单元的第一基本透明基底面向房间或建筑物的外部，第二基本透明基底将面向房间或建筑物的内部，且第一和第二电致变色装置的每一个均具有各自的高透射状态和低透射状态，且第二电致变色装置的低透射状态的透过率高于第一电致变色装置的低透射状态的透过率。在本文中，“装置的”透射状态指装置本身或装置和其所沉积的基底的透射率的结合。即，例如大多数基底具有一定的固有吸收特性，例如，浮法玻璃自身通常具有大约92％的透射率。
理想的是使第一(外部)装置的低透射状态低于第二(内部)装置的低透射状态的一个原因是靠近外部的装置可阻挡更多光线(因此热量)透射，从而降低对内部装置的要求。例如，由于外部装置过滤太阳光谱的很大一部分，因此可保护内部装置不退化(与不具有这种保护的装置相比)。因此，内部窗格上的EC装置，例如无需一样坚固，例如全固态且无机的。
多窗格，例如每一个窗格均具有装置的两个窗格窗户的另一个优点是装置均不需要严格的较低透射率(例如，透射率低于10％)，这是因为通过窗户单元的净透射率为两个装置的透射率的乘积。另一个优点是如果窗户单元只有且仅依靠单个电致变色装置，则每一个装置将薄于该单个电致变色装置。较薄的装置意味着使用较少的材料，这节约了制造成本。较薄的装置还意味着转变过程中反应时间更快，其可通过，例如使用较少电能以及控制热负荷更快进入房间来省钱，并为最终用户制造更吸引人的窗户。
具有多于一个电致变色窗格(例如，两个电致变色窗格，如结合图2所描述的那样)的窗户的另一个优点是用于为窗格供电的电荷可通过控制器(例如，适当地程控的计算机，其包括用于在两个电致变色窗格之间进行电荷共享操作的程序指令)在窗格之间被共享。因此，一个实施方案是操作多窗格电致变色窗户的方法，其包括在多窗格电致变色窗户的窗格之间共享电荷。
多窗格电致变色窗户单元的再另一个优点涉及遮蔽效果。当电致变色窗户从暗变亮，或从亮变暗时，通常有转变时期，即转变不是瞬间的。转变过程中，可存在可视异常，和/或窗户的整个可视表面的转变不一致。例如，在母线为电致变色装置提供电压的窗户中，可将母线设置在对边上(例如，IGU中的装置的顶部和底部)。当这种窗户转变时，例如从亮变暗，装置根据装置表面的薄层电阻变化变暗。因此，边缘首先变暗，且存在从每一个母线向外发散且朝窗户中心移动的变暗前部(齐平或否)。两个前部在可视区域的某处相遇，且最终窗户完成向暗状态的转变。这在转变过程中有损窗户的外观。然而，例如利用每一个窗格上均具有电致变色装置的双窗格电致变色窗户，可使转变互补并使遮蔽效果最小化。例如，如果一个窗格的母线在窗格的顶部和底部，且另一个窗格的母线在窗格的两侧，即与第一窗格的母线正交，则例如当两个装置均变暗时，转变将互补以便更多区域更快变暗。在另一个实例中，对第一窗格的母线进行了设置以便第一窗格从中心向外变暗/变亮，且对第二窗格的母线进行了设置以便第二窗格从周围向内变暗/变亮。这样，每一个窗格的遮蔽效果与另一个窗格的遮蔽效果互补，从而使用户看到的总的遮蔽效果最小化。
在一个实施方案中，多窗格电致变色窗户的两个或更多电致变色装置(每一个具有两种光学状态)被连接(同时启动或否)以便其为全开或全闭。这样，当处于无或基本无时，肉眼可辨视觉缺陷。即，其高透射率状态和低透射率状态一起使用，两个均高或均低。这就是两种状态多窗格电致变色窗户。如上所述，当然还存在中性状态，在该状态下未施加电流，与每一个两种状态装置相连，且两种状态窗户意在包括一个或两个窗格未施加电流的状态。
另一个实施方案是一种四种状态多窗格电致变色窗户。在一个实施方案中，该四种状态窗户具有两个窗格，每一个窗格均具有两种状态电致变色装置。由于每一个窗格具有高透射率状态和低透射率状态，结合时，包括电致变色窗格的电致变色窗户具有四种可能的状态。这种两个窗格窗户单元装置透射率配置的实例在表格1中示出。在本实例中，内部和外部窗户玻璃的每一个均具有打开和关闭两种状态，分别与低透射率状态和高透射率状态对应。例如，内部窗格的高透射率为80％、低透射率为20％，而外部窗格的高透射率为80％、低透射率为10％。由于每一个窗格的装置具有两种光学状态，即高透射状态和低透射状态，且二者可以所有可能的方式结合，因此窗户单元具有四种光学状态。
如表格1所概述，例如当内部窗格的电致变色装置关闭且外部窗格的电致变色装置关闭时，出现状态1。由于两个装置的透射率均为80％，因此当两个电致变色装置均关闭时，通过两个窗格的净透射率为64％(即80％的80％)。因此，当窗户作为一个整体不耗电时，窗格总地允许环境光线的64％穿过窗户单元。当内部窗格的装置打开但外部窗格的装置关闭时，出现状态2，如此允许穿过的净透射率为16％(80％的20％)。当内部窗格的装置关闭但外部窗格的装置打开时，出现状态3，如此允许穿过的净透射率为8％(10％的80％)。当内部窗格的装置打开且外部窗格的装置打开时，出现状态4，如此允许穿过的净透射率为2％(10％的20％)。因此，四种状态电致变色窗户允许用户从四种光学状态中选择，例如当一个人想要更多光线进入房间时选择高透射，例如当一个人想要房间变暗时，例如在幻灯片演示过程中选择非常低的透射率。在状态1，没有可见光学缺陷，这是因为电致变色装置均不处于暗状态。在状态4，没有可见光学缺陷，这是因为两个缺陷(每一个存在于一个装置上)对准的可能性非常小，因此一个装置的不透明必定阻挡另一个窗格的光学缺陷。
用户还可以选择透射率的两个中间状态，与简单的两种状态相比其可提供更多的灵活性，即亮或暗/打开或关闭电致变色窗户。光学缺陷在这两个中间透射率状态下也不大可能被观察到，这是因为尽管一个窗格的装置被关闭，但是启动的窗格仅阻挡将穿过窗格的光透射率的80％或90％(在本实例中)。光学缺陷的可见性与窗户的透射和背景成比例。当非常暗的窗户安装在非常亮的背景前面时，即小孔直接对着太阳的1％Tvis窗户，可视缺陷最明显。由于窗户不像，例如状态4(其中98％的光线被阻挡)那样暗，因此任何存在的光学缺陷不那么引人注意，这是因为光学缺陷不像当电致变色装置暗得多时的对比度那么高。这是像内部窗格那样将装置配置为具有较高低透射率的另一个优点，这是因为光学缺陷和装置的变暗部分之间的对比度较低，例如当内部窗格阻挡光线的80％时的状态2与当外部窗格阻挡光线的90％时的状态3对比。状态3期间，当外部窗格阻挡光线的90％时，存在附加内部窗格，用户将通过其观察任何对比。内部窗格可具有一定的反射率和或折射特性，将使观察状态3时的外部窗格中的光学缺陷的可能性更低。然而，低缺陷率窗户也减少可观察到的光学缺陷。


图3是近似太阳光谱(实线)的图形表示。可以看出，大量近红外辐射穿过标准窗户，因此具有这种窗户的建筑物内部出现了不需要的受热。图3中还描绘了如结合表格1所描述的四种光学状态的透射率曲线，这4条曲线(虚线)分别被标记为1、2、3和4。例如，曲线1的最大值在可见范围内为大约550纳米，其与64％的净透射率(状态1)对应，即用户通过窗户单元将实际观察到的光线等级。状态1允许大量光线穿过窗户单元，还允许近红外光谱的大部分(如果需要，其允许被动式太阳能供暖)穿过窗户单元。这与与典型的低‑E涂层形成相比，尽管低‑E涂层允许相当量的可见光穿过，阻挡大部分近红外光谱且在冬季不允许被动式太阳能供暖(尽管此处描述的实施方案包括低‑E涂层)。状态2‑4允许进入的光线以及近红外光谱要少得多，因此可大大降低不需要的内部加热，例如，节省用于在炎热的夏季月份降低建筑物温度的能量。因此，理想的是电致变色窗户具有两种以上状态，中间状态允许根据需要进行光线调整和/或热控制。此处描述的电致变色窗户单元还可减小进入建筑物内部的大量紫外光谱。
因此，一个实施方案是窗户单元，其中第一(外部)电致变色装置的低透射状态的透过率在大约5％和大约15％之间，第一电致变色装置的高透射状态的透过率在大约75％和大约95％之间；以及第二(内部)电致变色装置的低透射状态的透过率在大约20％和大约30％之间，第二电致变色装置的高透射状态的透过率在大约75％和大约95％之间。在一个实施方案中，作为两个装置的高透射率和低透射率值的乘积，窗户单元具有四种光学状态：i)总的(净)透过率在大约60％和大约90％之间；ii)总透过率在大约15％和大约30％之间；iii)总透过率在大约5％和大约10％之间；以及iv)总透过率在大约0.1％和大约5％之间。
在一个实施方案中，第一和第二基本透明基底均为建筑玻璃。通过使用两个低缺陷率电致变色装置，甚至在建筑等级玻璃基底上，例如如图1和2中那样对齐，窗户单元基本上没有可视缺陷。一个实施方案是由此处描述的窗户单元构造的IGU。由于对控制大型建筑物的能量成本的需求大，因此建筑玻璃窗户单元尤为理想。
一个实施方案是IGU，包括：建筑玻璃的第一窗格，其包括设置在其上的第一电致变色装置；建筑玻璃的第二窗格，其包括设置在其上的第二电致变色装置；第一和第二窗格之间的密封隔板，密封隔板与第一和第二窗格一起限定出位于第一和第二窗格之间的内部区域；和内部区域内的惰性气体或真空；其中第一电致变色装置和第二电致变色装置均在内部区域中。IGU中的窗格的一个或两个可具有低‑E涂层。在一个实施方案中，第一电致变色装置和第二电致变色装置均完全为固态且无机。在另一个实施方案中，第一和第二电致变色装置均为两种状态电致变色装置，且IGU具有四种光学状态。在一个实施方案中，四种光学状态为：i)总透过率在大约60％和大约90％之间；i i)总透过率在大约15％和大约30％之间；iii)总透过率在大约5％和大约10％之间；以及iv)总透过率在大约0.1％和大约5％之间。在一个实施方案中，IGU没有可视缺陷。
互补方法与描述的装置实施方案一致。一个实施方案是对电致变色窗户的透射率进行分级的方法，其包括：(i)将第一电致变色窗户窗格和第二电致变色窗户窗格合并成IGU，其中，第一和第二电致变色窗格均具有两种光学状态，即高透射率和低透射率；以及(ii)在四种模式下操作两个电致变色窗户，包括：1.两个窗格均处于高透射率状态；2.第一电致变色窗户窗格处于其低透射率状态，第二电致变色窗户窗格处于其高透射率状态；3.第一电致变色窗户窗格处于其高透射率状态，第二电致变色窗户窗格处于其低透射率状态；以及4.两个窗格均处于低透射率状态。在一个实施方案中，第一电致变色窗户窗格为电致变色窗户的内部窗格，第二电致变色窗户窗格为电致变色窗户的外部窗格，且第一电致变色窗格的低透射率大于第二电致变色窗户窗格的低透射率。
一个实施方案是多窗格电致变色窗户，其中每一个窗格均包括电致变色装置且其中电致变色装置中的至少一个具有中间状态性能，即可获得最终状态(即全暗和全亮状态)之间的可变着色状态。本实施方案的值是一个较宽的状态动态范围，而非如例如结合表格1描述的“数字”状态。在一个实施方案中，窗户单元具有两窗格玻璃，在另一个实施方案中，窗户单元具有三窗格玻璃。
本发明的另一个方面是具有一个或多个EC装置的多窗格EC窗户单元，每一个EC装置位于窗户单元分开的窗格上，包括窗格的窗户单元不具有EC装置，但包括至少一种可加热透明导电氧化物。在一个实施方案中，窗户单元的“仅TCO”窗格还可包括UV和/或IR吸收和/或反射涂层，低‑E涂层等。如此处所描述的那样，可通过，例如母线来加热透明导电氧化物，母线提供电能以使电流通过透明导电氧化物。在一个实施方案中，窗户单元具有三个窗格，其中两个窗格具有各自的EC装置，第三个窗格具有可加热透明导电氧化物。在一个实施方案中，窗格的顺序为具有EC装置的第一窗格、具有EC装置的第二窗格，然后是具有可加热的TCO的第三窗格。在一个实施方案中，可对各自具有EC装置的第一和第二窗格进行配置以便EC装置位于，例如表面2和3，或例如表面2和4上(就图1中的表面而言)；与面向，例如表面4的第三窗格上的TCO结合。即，第二内部区域的第二EC窗格和仅TCO窗格，连同此处描述的隔板，其中第二窗格的EC装置和仅TCO窗格的TCO在第二内部区域。在一个实例中，当安装窗户单元时，第三窗格是建筑物内部最靠里的窗格。在另一个实例中，第三窗格位于第一和第二窗格之间，每一个窗格上均具有EC装置。
图4图示了具有两个EC窗格(每一个均具有EC装置)和一个第三窗格(其具有可加热TCO)的三窗格窗户单元的两种配置。配置400a示出具有EC装置410(如此处所描述)的第一窗格(如此处所描述)405。隔板(如此处所描述)425a分隔并密封窗格405和窗格415之间的第一内部区域。窗格415上具有EC装置420。第二隔板425b分隔并密封窗格415和第三窗格435之间的第二内部区域，第三窗格435上具有可加热TCO，430。在配置400b中，EC装置420在第二内部空间内，与TCO430相对并面向TCO430。本领域的一个普通技术人员将理解在不超出本发明范围的前提下，EC装置或TCO可位于窗格暴露于环境条件的面上，而非内部区域。
另一个实施方案是结合图4描述的窗户单元，但是410、420和430的每一个为一个电致变色装置，如此处所描述的那样。在一个实施方案中，装置410和430为全固态且无机的，装置420为基于有机的位于玻璃基底或聚合薄膜上的EC装置。在另一个实施方案中，三个EC装置均为全固态且无机的。
另一个实施方案是结合图4描述的窗户单元，但是420和415被UV和/或IR吸收器和/或反射薄膜替换，且两个外部窗格为此处描述的EC装置窗格。例如，一个实施方案是窗户单元，其具有两个EC窗格和设置在内部空间的一个或多个UV和/或IR吸收器和/或反射薄膜。图4中的配置(具有两个隔离片)是执行本实施方案的一种方式。
一个实施方案是如此处所描述的窗户单元，其中EC装置中的至少一个的透明导电氧化物可加热，例如通过施加电来电阻性地加热TCO。一个实施方案是如此处描述的两个窗格电致变色窗户，其中每一个窗格处于内部区域的面(如结合图1描述的表面2和3)上具有EC装置，且EC装置的其中之一的至少一个透明导电氧化物被配置为通过施加电来对其进行加热，所述加热独立于对EC装置的操作。当安装于建筑物中时，其中一个窗格暴露于外部而另一个窗格暴露于内部，可加热TCO可位于面向建筑物的内部或外部的面上。如以上描述，当使用两个可加热TCO时，具有相关的隔热和EC转变益处。
另一个方面是多窗格EC窗户单元，其具有两个窗格(基底)，其中第一基板具有电致变色装置，而第二透明基底没有，但第二基板包括可被加热的透明导电氧化物(例如，铟锡氧化物)，例如利用母线通过施加电来对其加热。在一个实例中，窗户单元被配置为与图2中描述的窗户单元相似，但是，例如220不是EC装置，而是可加热TCO。因此，一个实施方案是窗户单元，其包括：第一基本透明基底和设置在其上的电致变色装置；第二基本透明基底和位于其上的可加热透明导电氧化物；以及第一和第二基本透明基底之间的密封隔板，密封隔板与第一和第二基本透明基底一起限定出隔热内部区域。在一个实施方案中，电致变色装置和可加热透明导电氧化物均在内部区域内。在一个实施方案中，第二基本透明基底包括红外线反射和/或红外线吸收涂层。在一个实施方案中，电致变色装置为全固态且无机的。
以上配置的优点包括：1)提高的绝缘特性(U值)，2)用于悬浮薄膜(即，基于有机)的材料的更高灵活性，这是由于通过，例如第一更坚固的无机装置(其将允许在窗户单元的内部区域使用不太坚固的有机装置)将出现一些UV/IR滤波，和3)将透明导电氧化物用作加热元件用于例如，在低温条件下在EC转变过程中隔热和/或提供帮助以阻止晚上和/或较凉爽天气期间热通过窗户损失。
另一个实施方案是在窗户单元内的多个光学状态之间改变的方法，包括：(i)改变第一基本透明基底的第一电致变色装置的光学状态而不改变第二基本透明基底上的第二电致变色装置的光学状态，其中窗户单元包括由密封隔板连接的第一和第二基本透明基底，密封隔板与第一和第二基本透明基底一起限定出内部区域；以及(ii)改变第二电致变色装置的光学状态而不改变第一电致变色装置的光学状态。该方法可还包括改变第一电致变色装置的光学状态的同时改变第二电致变色装置的光学状态。通过将这些行动结合，窗户单元为最终用户提供多个光学状态。
另一个实施方案是制造窗户单元的方法，该方法包括：使其上设置有第一电致变色装置的第一基本透明基底与其上设置有第二电致变色装置的第二基本透明基底基本平行；以及在第一和第二基本透明基底之间安装密封隔板，密封隔板与第一和第二基本透明基底一起限定出一个内部区域，该内部区域隔热。在一个实施方案中，第一和第二基本透明基底中的至少一个包括建筑玻璃。在一个实施方案中，第一和第二基本透明基底中的至少一个还包括低放射率涂层。在另一个实施方案中，第一和第二电致变色装置均面向内部区域。在一个实施方案中，第一和第二电致变色装置中的至少一个为两种状态电致变色装置，在一些实施方案中，第一和第二电致变色装置均为两种状态电致变色装置，且窗户单元具有四种光学状态。在一个实施方案中，第一和第二电致变色装置的至少一个为全固态且无机的装置。在一个实施方案中，第一电致变色装置的低透射状态的透过率在大约5％和大约15％之间，第一电致变色装置的高透射状态的透过率在大约75％和大约95％之间；第二电致变色装置的低透射状态的透过率在大约20％和大约30％之间，第二电致变色装置的高透射状态的透过率在大约75％和大约95％之间。在一个实施方案中，四种光学状态为：i)总透过率在大约60％和大约90％之间；ii)总透过率在大约15％和大约30％之间；iii)总透过率在大约5％和大约10％之间；以及iv)总透过率在大约0.1％和大约5％之间。密封隔板气密地密封内部区域，且内部区域可容纳惰性气体或真空和/或基本上没有液体。在一个实施方案中，窗户单元没有可视缺陷。在另一个实施方案中，窗户单元为IGU。
另一个实施方案是制造IGU的方法，该方法包括：将建筑玻璃的第一窗格和建筑玻璃的第二窗格设置为处于基本平行的排列，其中第一窗格包括设置在其上的第一电致变色装置，第二窗格包括设置在其上的第二电致变色装置；以及在第一和第二窗格之间安装密封隔板，密封隔板与第一和第二窗格一起限定出第一和第二窗格之间的内部区域，该内部区域隔热。以及使内部区域充满惰性气体；其中，第一电致变色装置和第二电致变色装置在内部区域内，且均为全固态且无机的。在一个实施方案中，第一和第二窗格中的至少一个还包括低放射率涂层。在另一个实施方案中，第一和第二电致变色装置均为两种状态电致变色装置，且IGU具有四种光学状态。在一个实施方案中，四种光学状态为：i)总透过率在大约60％和大约90％之间；ii)总透过率在大约15％和大约30％之间；iii)总透过率在大约5％和大约10％之间；以及iv)总透过率在大约0.1％和大约5％之间。在一个实施方案中，IGU没有可视缺陷。
如上所述，本发明将可使用几乎任何电致变色装置。在一些实施方案中，窗户单元中使用了一种以上类型的电致变色装置，例如外部窗格上使用了更坚固的电致变色装置，而内部窗格上使用了不太坚固的装置。全固态且无机的电致变色装置尤其适用于本发明。因此，为了上下文以及关于包括这种装置的实施方案，下面将结合两种类型的全固态且无机的电致变色装置，尤其是低缺陷率全固态且无机的电致变色装置来描述电致变色装置技术。由于其低缺陷率以及坚固性，这些装置尤其适用于此处描述的实施方案。本发明的一个实施方案是任何描述的包括一个或多个电致变色装置的实施方案，其中一个或多个电致变色装置从下面描述的第一和第二类型中选择。在特定的实施方案中，一个或多个电致变色装置为低缺陷率装置，其中缺陷率等级将在下面定义。第一类型为电致变色堆叠中具有不同材料层的装置，第二类型为具有离子导电电绝缘界面区域(其起到如第一类型中的不同离子导电层的作用)的装置。
具有不同层的低缺陷率固态无机电致变色装置
图5描绘了电致变色装置500的示意性剖面。电致变色装置500包括基底502、导电层(CL)504、电致变色层(EC)506、离子导电层(IC)508、对电极层(CE)510和导电层(CL)514。层504、506、508、510和514共同被称为电致变色堆叠520。可操作以对电致变色堆叠520两端施加电势的电压电源516使电致变色装置从，例如褪色状态转变至着色状态(已描述)。层相对于基底的顺序可颠倒。
具有所描述的不同层的电致变色装置可被制造为缺陷率低的全固态无机装置。于2009年12月22日提交的，发明人为Mark Kozlowski等，名称为“制造低缺陷率电致变色装置”″Fabrication of Low‑Defectivity Electrochromic Devices″的美国专利申请序列号12/645,111，以及于2009年12月22日提交的，发明人为Zhongchun Wang等，名称为“电致变色装置”″Electrochromic Devices″的美国专利申请序列号12/645,159更详细地描述了这种全固态无机电致变色装置及其制造方法，为了所有目的其整个内容并入本文中。
应理解，所指的褪色状态和着色状态之间的转变是非限制性的，且众多实例中仅建议了一个可执行的电致变色转变的实例。除非此处另外说明，否则无论何时提及褪色‑着色转变，相应的装置或工艺包含其它光学状态转变，比如非反射‑反射、透明‑不透明等。进一步地，术语“褪色”指的是光学上的中性状态，例如未着色、透明或半透明。更进一步地，除非此处另外说明，否则电致变色转变的“颜色”并不局限于任何特定的波长或波长范围。如本领域的技术人员所理解的那样，选择合适的电致变色材料和对电极材料决定了相关的光学转变。
在某些实施方案中，电致变色装置在褪色状态和着色状态之间可逆地循环。在褪色状态，对电致变色堆叠520施加电势，如此堆叠中可使电致变色材料506变为着色状态的可用离子便主要存在于对电极510中。当使施加于电致变色堆叠的电势反向时，离子被传输穿过离子导电层508至电致变色材料506，并使该材料进入着色状态。下面将更详细地描述从褪色至着色状态，以及从着色至褪色状态的转变。
在某些实施方案中，组成电致变色堆叠520的所有材料均为无机的、固体的(即，为固态)，或无机以及固体的。由于有机材料容易随着时间降解，因此无机材料具有电致变色堆叠可靠的优点，该可靠的电致变色堆叠可长时间地起作用。固态材料还具有不存在容纳和泄漏问题的优点，不像液态材料经常存在该问题。下面将详细地讨论电致变色装置中的每一层。应理解，堆叠中的层的任何一个或多个可包含一定量的有机材料，但是在许多实施中，层的一个或多个不包含或包含很少有机物质。少量存在于一个或多个层中的液体同样如此。还应理解，可沉积固态材料或通过使用液体组分的工艺(比如，某些使用溶胶‑凝胶或化学汽相淀积的工艺)来形成固态材料。
再次参考图5，电压电源516通常为低压电源，且可被配置为与辐射和其它环境传感器结合工作。电压电源516也可被配置为与能量管理系统，比如根据一些因素(比如，日期、时刻和测量的环境条件)控制电致变色装置的计算机系统连接。这种能量管理系统与大面积电致变色装置(即，电致变色窗户)结合可大大降低建筑物的能量耗损。从对此处描述的多窗格电致变色窗的描述中可明显看出，节省了用于加热和降温的特定能量。
任何具有合适的光学、电、热以及机械特性的材料可用作基底502。这种基底包括，例如玻璃、塑料和镜面材料。合适的塑料基底包括，例如丙烯酸、聚苯乙烯、聚碳酸酯、烯丙基二甘醇碳酸酯、SAN(苯乙烯丙烯腈共聚物)、聚4‑甲基‑1‑戊烯、多元酯、聚酰胺等。如果使用塑料基底，则优选使用，例如类金刚石保护涂层、硅石/硅树脂抗磨损涂层等(比如，有机玻璃领域众所周知的)的硬涂层来保护其免受磨损。合适的玻璃包括透明或有色钠钙玻璃，包括钙钠浮法玻璃。玻璃可以是钢化玻璃或未钢化玻璃。在玻璃(例如，钠钙玻璃)用作基底502的电致变色装置500的一些实施方案中，基底502和导电层504之间具有钠扩散阻挡层(未示出)以防止钠离子从玻璃扩散进入导电层504。
在一些实施方案中，基底502的光学透过率(即，透射辐射或光谱与入射辐射或光谱的比值)或“透射率”大约为40％至95％，例如大约90％‑92％。只要有合适的机械特性来支撑电致变色堆叠520，基底可具有任意厚度。虽然基底502几乎可具有任何合适的厚度，但是在一些实施方案中，其为大约0.01毫米至10毫米厚，优选为大约3毫米至9毫米厚。此处描述的多窗格窗户单元可具有厚度不同的单个窗格。在一个实施方案中，内部(靠近建筑内部)窗格要薄于外部(靠近外部环境)窗格，外部窗格必须抵抗更极端的暴露。
在一些实施方案中，基底为建筑玻璃。建筑玻璃是用作建筑材料的玻璃。建筑玻璃通常用于商业建筑，然而也可用于住宅建筑，且通常(尽管未必)将室内环境与室外环境隔开。在某些实施方案中，建筑玻璃至少是20英寸乘以20英寸，且可以大得多，例如约72英寸乘以120英寸那么大。建筑玻璃通常至少大约2毫米厚。小于大约3.2毫米厚的建筑玻璃不能被钢化。在一些建筑玻璃作为基底的实施方案中，即便是已在基底上制造电致变色堆叠之后，基底仍可被钢化。在一些建筑玻璃作为基底实施方案中，基底为来自锡浮法生产线的钠钙玻璃。对于中性基底而言，建筑玻璃基底的可见光谱范的透射率(即，整个可见光谱的总透射率)通常大于80％，然而对于着色基底而言，透射率可以更低。优选的是，基底的整个可见光谱的透射率为至少大约90％(例如，大约90‑92％)。可见光谱是典型人眼将作出反应的光谱，通常为大约380纳米(紫色)至大约780纳米(红色)。在某些情况下，玻璃的表面粗糙度在大约10纳米和30纳米之间。
导电层504在基底502的顶部。在某些实施方案中，导电层504和514或二者其中之一为无机的和/或固体的。导电层504和514可由多种不同材料制成，包括导电氧化物、薄金属涂层、导电金属氮化物和复合导体。通常，导电层504和514至少在波长范围内(其中，电致变色层发生电致变色)是透明的。透明导电氧化物包括金属氧化物和掺杂有一种或多种金属的金属氧化物。这种金属氧化物和掺杂金属氧化物的示例包括氧化铟、铟锡氧化物、掺杂氧化铟、二氧化锡、掺杂二氧化锡、氧化锌、铝锌氧化物、掺杂氧化锌、氧化钌、掺杂氧化钌等。由于氧化物常常用于这些层，因此其有时被称作“透明导电氧化物”(TCO)层。也可使用基本透明的薄金属涂层。用于这种薄金属涂层的金属的示例包括过渡金属，包括金、铂、银、铝、镍合金等。还使用在玻璃行业众所周知的基于银的薄金属涂层。导电氮化物的示例包括氮化钛、氮化钽、氮氧化钛和氮氧化钽。导电层504和514也可是复合导体。可通过将高导电陶瓷和金属线或导电层图案放置于基底的一个面上，然后在其上涂以透明导电材料(比如，掺杂二氧化锡或铟锡氧化物)来制造这种复合导体。理想的是，这种导线应足够细(例如，大约100毫米或更细)以至于裸眼看不到。
在一些实施方案中，商业上可获得的基底(比如，玻璃基底)包含透明导电层涂层。这种产品可用于基底502和导电层504。这种玻璃的示例包括涂有导电层的，由俄亥俄州托莱多的皮尔金顿生产的以TEC GlassTM商标出售的玻璃，以及由宾夕法尼亚州匹兹堡的PPG Industries生产的SUNGATETM300和SUNGATETM500玻璃。TEC GlassTM是涂有氟化氧化锡导电层。铟锡氧化物也是常用的基本透明导电层。
在一些实施方案中，两个导电层(即，导电层504和514)使用相同的导电材料。在一些实施方案中，每一个导电层504和514使用不同的导电材料。例如，在一些实施方案中，TEC GlassTM用于基底502(浮法玻璃)和导电层504(氟化氧化锡)，而铟锡氧化物用于导电层514。如上所述，在一些使用TEC GlassTM的实施方案中，玻璃基底502和TEC导电层504之间存在钠扩散阻挡，这是因为浮法玻璃可具有很高的钠含量。
在一些实施中，导电层的成分(用于制造)应基于与导电层接触的相邻层(例如，电致变色层506或对电极层510)的成分来选择或调整。例如，对于金属氧化物导电层，导电性是导电层材料中的氧空位数量的函数，且金属氧化物中的氧空位的数量受相邻层的成分影响。导电层的选择标准也可包括材料的电化学稳定性和避免氧化或更普遍地，被移动离子种类还原的能力。
导电层的作用是将电压电源516提供的电势从电致变色堆叠520的表面扩展至堆叠的内部区域，而欧姆电势降非常小。电势通过至导电层的电连接被转移至导电层。在一些实施方案中，母线(一个与导电层504接触，另一个与导电层514接触)提供电压电源516和导电层504和514之间的电连接。也可通过其它传统方法将将导电层504和514连接至电压电源516。
在一些实施方案中，导电层504和514的厚度在大约5纳米和大约10,000纳米之间。在一些实施方案中，导电层504和514的厚度在大约10纳米和大约1,000纳米之间。在其它实施方案中，导电层504和514的厚度在大约10纳米和大约500纳米之间。在一些TECGlassTM用于基底502和导电层504实施方案中，导电层大约为400纳米厚。在一些铟锡氧化物用于导电层514实施方案中，导电层大约为100纳米至400纳米厚(在一个实施方案中为280纳米)。一般而言，可使用更厚的导电材料层，只要其提供必要的电气性能(例如，导电性)和光学属性(例如，透过率)。通常，导电层504和514尽可能薄以增大透明度并降低成本。在某些实施方案中，导电层基本为晶体。在某些实施方案中，导电层为大部分为大等轴晶粒的晶体。
每一个导电层504和514的厚度也基本均匀。需要导电层504的平滑层(即，粗糙度低，Ra)，如此电致变色堆叠520的其它层便更柔顺。在一个实施方案中，基本均匀的导电层在上述每一个厚度范围内变化不超过大约±10％。在另一个实施方案中，基本均匀的导电层在上述每一个厚度范围内变化不超过大约±5％。在另一个实施方案中，基本均匀的导电层在上述每一个厚度范围内变化不超过大约±2％。
由于层跨越的面积相对较大，因此导电层的薄层电阻(Rs)同样很重要。在一些实施方案中，导电层504和514的薄层电阻在每平方大约5欧姆至每平方大约30欧姆之间。在一些实施方案中，导电层504和514的薄层电阻大约为每平方15欧姆。通常，理想的是两个导电层的每一个的薄层电阻大约相同。在一个实施方案中，每一个层的薄层电阻在每平方大约10欧姆和15欧姆之间。
覆盖导电层504电致变色层506。在实施方案中，电致变色层506是无机的和/或固体的，在典型的实施方案中是无机且固体的。电致变色层可包含多种不同电致变色材料的任何一种或多种，包括金属氧化物。这种金属氧化物包括氧化钨(WO3)、氧化钼(MoO3)、氧化铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化铜(CuO)、氧化铱(Ir2O3)、氧化铬(Cr2O3)、氧化锰(Mn2O3)、氧化钒(V2O5)、氧化镍(Ni2O3)、氧化钴(Co2O3)等。在一些实施方案中，金属氧化物掺杂有一种或多种掺杂物，比如锂、钠、钾、钼、钒、钛和/或其它合适的金属或包含金属的化合物。在某些实施例中还使用了混合氧化物(例如，钨‑钼氧化物，钨‑钒氧化物)。包括金属氧化物的电致变色层506能够接收从对电极层510转移的离子。
在一些实施方案中，氧化钨或掺杂氧化钨用于电致变色层506。在一个实施方案中，电致变色层基本由WOx制成，其中″x″指的是电致变色层中氧与钨的原子比，且x在大约2.7和3.5之间。已经有人提出只有亚化学计量氧化钨表现出电致变色；即，化学计量氧化钨(WO3)未表现出电致变色。在更具体的实施方案中，WOx(其中，x小于3.0，且至少为大约2.7)用于电致变色层。在另一个实施方案中，电致变色层为WOx，其中x在大约2.7和大约2.9之间。一些技术，比如卢瑟福背散射光谱学(RBS)能够识别氧原子的总数，包括那些结合至钨以及未结合至钨的氧原子。在某些实例中，氧化钨层(其中，x为3或更大)表现出电致变色，可能是由于未结合的过量的氧和亚化学计量氧化钨。在另一个实施方案中，氧化钨层具有化学计量或更多的氧，其中x为3.0至大约3.5。
在某些实施方案中，氧化钨为晶体、纳米晶体或非晶体形。在一些实施方案中，氧化钨基本上为纳米晶体，平均粒度为大约5纳米至大约50纳米(或大约5纳米至大约20纳米)，如透射电子显微镜法(TEM)所表征的那样。也可使用x射线衍射(XRD)将氧化钨形态表征为纳米晶体。例如，纳米晶体电致变色氧化钨可具有以下XRD特征：晶体尺寸为大约10纳米至大约100纳米(例如，大约55纳米)。进一步地，纳米晶体氧化钨还表现出有限的长程有序，例如量级为几个(大约5至大约20个)氧化钨晶胞。
电致变色层506的厚度取决于选择用于电致变色层的电致变色材料。在一些实施方案中，电致变色层506大约为50纳米至2,000纳米，或大约200纳米至700纳米。在一些实施方案中，电致变色层大约为300纳米至大约500纳米。电致变色层506的厚度也基本均匀。在一个实施方案中，基本均匀的导电层在上述每一个厚度范围内仅变化大约±10％。在另一个实施方案中，基本均匀的导电层在上述每一个厚度范围内仅变化大约±5％。在另一个实施方案中，基本均匀的导电层在上述每一个厚度范围内仅变化大约±3％。
通常，在电致变色材料中，电致变色材料的着色(或光学属性，例如吸光率、反射率和透过率的任何变化)由可逆的离子嵌入材料(例如，嵌入)以及相应的电荷平衡电子注入引起。通常，一些引起光学转变的离子不可逆地结合于电致变色材料中。如下面所解释的，部分或所有不可逆地结合的离子用于补偿材料中的“盲电荷”。在大多数电致变色材料中，合适的离子包括锂离子(Li+)和氢离子(H+)(即，质子)。然而，在某些情况下其它离子将是合适的。这些合适的离子包括，例如氘离子(D+)、钠离子(Na+)、钾离子(K+)、钙离子(Ca++)、钡离子(Ba++)、锶离子(Sr++)和镁离子(Mg++)。在此处描述的各种实施例中，锂离子用于产生电致变色现象。锂离子嵌入氧化钨使得氧化钨(WO3‑y(0＜y≤‑0.3))从透明(褪色状态)变为蓝色(着色状态)。
再次参考图5，在电致变色堆叠520中，离子导电层508覆盖电致变色层506。对电极层510在离子导电层508上。在一些实施方案中，对电极层510为无机的和/或固体的。对电极层可包括多种不同材料(当电致变色装置处于褪色状态时，其可用于储存离子)的一种或多种。在电致变色转变(例如，由施加合适的电势引发)过程中，对电极层将其保存的部分或所有离子转移至电致变色层，使电致变色层变为着色状态。同时，当是NiWO时，对电极层随着离子损耗而着色。
在一些实施方案中，适合于对电极的与WO3互补的材料包括氧化镍(NiO)、镍钨氧化物(NiWO)、镍钒氧化物、镍铬氧化物、镍铝氧化物、镍锰氧化物、镍镁氧化物、氧化铬(Cr2O3)、氧化锰(MnO2)和普鲁士蓝。光学惰性对电极包括铈钛氧化物(CeO2‑TiO2)、铈锆氧化物(CeO2‑ZrO2)、氧化镍(NiO)、镍钨氧化物(NiWO)、氧化钒(V2O5)和氧化物的混合物(例如，Ni2O3和WO3的混合物)。也可使用这些氧化物的掺杂制剂，掺杂物包括，例如钽和钨。由于对电极层510包含当电致变色材料处于褪色状态时用于在电致变色材料中产生电致变色现象的离子，所以当对电极包含大量的这种离子时，优选其具有高透过率和中性颜色。
在一些实施方案中，镍钨氧化物(NiWO)用于对电极层。在某些实施方案中，镍钨氧化物中镍的量可达镍钨氧化物重量的大约90％。在具体的实施方案中，镍钨氧化物中镍与钨的质量比在大约4∶6和6∶4之间(例如，大约1∶1)。在一个实施方案中，NiWO的Ni在大约15％(原子)和大约60％之间；W在大约10％和大约40％之间；O在大约30％和大约75％之间。在另一个实施方案中，NiWO的Ni在大约30％(原子)和大约45％之间；W在大约10％和大约25％之间；O在大约35％和大约50％之间。在一个实施方案中，NiWO的镍(原子)大约为42％、W大约为14％，O大约为44％。
当从由镍钨氧化物制成的对电极510除去电荷时(即，离子从对电极510被传输至电致变色层506)，对电极层将从透明状态变为褐色着色状态。
对电极的形态可以是晶体、纳米晶体或非晶体形。在一些实施方案中，其中对电极层是镍钨氧化物，对电极材料为非晶体形或基本上为非晶体形。已发现，在一定条件下，基本上为非晶体形的镍钨氧化物对电极比其晶体形对应物表现得更好。可通过使用以下描述的某些处理条件来获得镍钨氧化物的非晶形状态。虽然不希望受任何理论或机理约束，但是可以相信的是非晶体形镍钨氧化物是在溅射工艺中由能量相对较高的原子产生的。能量较高的原子在，例如，靶功率较高、腔室压力较低(即，较高的真空度)以及电源至基底的距离较小的溅射工艺中获得。在所述的工艺条件下，产生了密度较高，暴露于紫外线/热量时具有更好稳定性的薄膜。
在一些实施方案中，对电极的厚度大约为50纳米至大约650纳米。在一些实施方案中，对电极的厚度大约为100纳米至大约400纳米，优选在大约200纳米至300纳米的范围内。对电极层510的厚度也基本均匀。在一个实施方案中，基本均匀的对电极层在上述每一个厚度范围内仅变化大约±10％。在另一个实施方案中，基本均匀的对电极层在上述每一个厚度范围内仅变化大约±5％。在另一个实施方案中，基本均匀的对电极层在上述每一个厚度范围内仅变化大约±3％。
褪色状态期间(相应地，在电致变色层为着色状态期间)，保存在对电极层内且可用于驱动电致变色转变的离子的量取决于层的成分以及层的厚度和制造方法。电致变色层和对电极层均能够支撑层表面积的每平方厘米大约几十毫库的可用电荷(以锂离子和电子的形式存在)。电致变色薄膜的电荷容量为通过施加外部电压或电势，薄膜的每单位面积和单位厚度可可逆地负载和卸载的电荷的量。在一个实施方案中，WO3层的电荷容量在大约30和大约150mC/cm2/微米之间。在另一个实施方案中，WO3层的电荷容量在大约50和大约100mC/cm2/微米之间。在一个实施方案中，NiWO层的电荷容量在大约75和大约200mC/cm2/微米之间。在另一个实施方案中，NiWO层的电荷容量在大约100和大约150mC/cm2/微米之间。
在具有不同层的电致变色装置中，电致变色层506和对电极层510之间具有离子导电层508。当电致变色装置在褪色状态和着色状态之间变换时，离子导电层508起到介质的作用，离子通过其传送(以电解质的形式)。优选地，离子导电层508对用于电致变色和对电极层的有关离子具有高导电性，但是电子导电性非常低，以至于正常操作期间发生的电子转移可以忽略。离子电导性高的薄离子导电层允许离子快速传导，因此使得高性能电致变色装置可快速转换。在某些实施方案中，离子导电层508为无机的和/或固体的。当利用材料且以产生相对较少缺陷的方式制造时，离子导体层可被制造得非常薄以生产高性能装置。在各种的实施中，离子导体材料的离子电导性在大约108Siemens/cm或ohm‑1cm‑1和大约109Siemens/cm或ohm‑1cm‑1之间，电阻大约为1011ohms‑cm。
合适的离子导电层(用于具有不同IC层的电致变色装置)的示例包括硅酸盐、氧化硅、氧化钨、氧化钽、氧化铌和硼酸盐。氧化硅包括硅铝氧化物。这些材料可掺杂不同的掺杂物，包括锂。掺杂锂的氧化硅包括锂硅铝氧化物。在一些实施方案中，离子导电层包括硅酸盐基结构。在其它实施方案中，合适的离子导体(尤其适合于锂离子传输)包括，但不局限于硅酸锂、硅酸锂铝、硼酸锂铝、氟化锂铝、硼酸锂、氮化锂、硅酸锂锆、铌酸锂、硼硅酸锂、磷硅酸锂，和其它这种锂基陶瓷材料、硅石或氧化硅，包括氧化硅锂。然而，任何材料可用于离子导电层508，只要制造时其低缺陷率且允许离子在对电极层510和电致变色层506之间通过，同时基本上阻止电子通过。
在某些实施方案中，离子导电层为晶体、纳米晶体或非晶体形。通常，离子导电层为非晶体形。在另一个实施方案中，离子导电层为纳米晶体。在再另一个实施方案中，离子导电层为晶体。
在一些实施方案中，硅铝氧化物(SiAlO)用于离子导电层508。在具体的实施方案中，用于通过溅射制造离子导体层的硅/铝靶包含的铝的原子百分率在大约6和大约20之间。这限定了离子导电层中硅与铝的比率。在一些实施方案中，硅铝氧化物离子导电层508为非晶体形。
离子导电层508的厚度取决于材料。在一些实施方案中，离子导电层508大约为5纳米至100纳米厚，优选为大约10纳米至60纳米厚。在一些实施方案中，离子导电层大约为15纳米至40纳米厚，或大约25纳米至30纳米厚。离子导电层的厚度也基本均匀。在一个实施方案中，基本均匀的离子导电层在上述每一个厚度范围内变化不超过大约±10％。在另一个实施方案中，基本均匀的离子导电层在上述每一个厚度范围内变化不超过大约±5％。在另一个实施方案中，基本均匀的离子导电层在上述每一个厚度范围内变化不超过大约±3％。
传输穿过电致变色层和对电极层之间的离子导电层的离子用于在电致变色层中实现颜色变化(即，使电致变色装置从褪色状态变为着色状态)。根据选择用于电致变色装置堆叠的材料，这种离子包括锂离子(Li+)和氢离子(H+)(即，质子)。如上所述，在某些实施例中也可使用其它离子。这些离子包括，例如氘离子(D+)、钠离子(Na+)、钾离子(K+)、钙离子(Ca++)、钡离子(Ba++)、锶离子(Sr++)和镁离子(Mg++)。
如上所述，离子导电层508应具有非常少的缺陷。除了其它问题，离子导电层中的缺陷可使电致变色层和对电极层之间发生短路(下面将结合图5更详细地描述)。当带相反电荷的导电层之间建立电连通时发生短路，例如导电颗粒接触两个导电且带电层的每一个(与“小孔”相反，其为缺陷，未使带相反电荷的导电层之间产生短路)。当发生短路时，电子而非离子在电致变色层和对电极之间迁移，这通常当电致变色装置在其它情况下处于着色状态时导致短路位置处出现亮点(即，窗户未转换而是保持开路着色(常常比着色状态浅很多)时的斑点)。优选离子导电层尽可能薄，电致变色层和对电极层之间不发生短路。如所示，离子导电层508(或电致变色装置中的其它地方)的低缺陷率允许离子导电层508更薄。当使用薄离子导电层时，电致变色层和具有电化学循环的对电极层之间的离子传输更快。概括地说，此处规定的缺陷率标准可适用于堆叠中的任何特定层(离子导电层或其它)或适用于作为整体的堆叠，或堆叠的任何部分。下面将进一步讨论缺陷率标准。
电致变色装置500可包括一个或多个附加层(未示出)，比如一个或多个钝化层。用于提高某些光学属性的钝化层可包括在电致变色装置500中。用于提供湿气或耐擦伤性的钝化层也可包括在电致变色装置500中。例如，也可用抗反射或保护性氧化物或氮化层处理导电层。其它钝化层可用于气密地密封电致变色装置500。
图6A是处于褪色状态(或转变至褪色状态)的电致变色装置的示意性剖面。根据具体实施方案，电致变色装置600包括氧化钨电致变色层(EC)606和镍钨氧化物对电极层(CE)610。在某些情况下，氧化钨电致变色层606具有纳米晶体形态，或基本上为纳米晶体的形态。在一些实施方案中，其中对电极层610是镍钨氧化物，对电极材料为非晶体形或基本上为非晶体形。在一些实施方案中，镍钨氧化物中钨与镍的重量百分比大约为0.40‑0.60。
电致变色装置600还包括基底602、导电层(CL)604、离子导电层(IC)608和导电层(CL)614。在一些实施方案中，基底602和导电层604共同包括TEC‑GlassTM。如所示，此处描述的电致变色装置，比如图6A中描述的那些，常常发现使用建筑玻璃是有益的。因此，在一些实施方案中，基底602具有一定的尺寸，如此其便可被划分为建筑玻璃。在一些实施方案中，导电层614为铟锡氧化物(ITO)。在一些实施方案中，离子导电层608为硅铝氧化物。
电压电源616被配置为通过与导电层604和614的合适连接(例如，母线)对电致变色堆叠620施加电势。在一些实施方案中，电压电源被配置为施加大约2伏的电势以驱使装置从一种光学状态变为另一种光学状态。如图6A所示的电势的极性使得离子(在本实例中为锂离子)主要存在于(如虚线箭头所示)镍钨氧化物对电极层610中。
在将氧化钨用作电致变色层，将镍钨氧化物用作对电极层的实施方案中，电致变色层厚度与对电极层厚度的比值可以是大约1.7∶1至2.3∶1(例如，大约2∶1)。在一些实施方案中，电致变色氧化钨层大约为200纳米至700纳米厚。在进一步的实施方案中，电致变色氧化钨层大约为400纳米至500纳米厚。在一些实施方案中，镍钨氧化物对电极层大约为100纳米至350纳米厚。在进一步的实施方案中，镍钨氧化物对电极层大约为200纳米至250纳米厚。在更进一步的实施方案中，镍钨氧化物对电极层大约为240纳米厚。此外，在一些实施方案中，硅铝氧化物离子导电层608大约为10纳米至100纳米厚。在进一步的实施方案中，硅铝氧化物离子导电层大约为20纳米至50纳米厚。
如上所示，电致变色材料可包含盲电荷。电致变色材料中的盲电荷是这样的电荷(例如，在氧化钨电致变色材料的情况下为负电荷)，其制造时存在于材料中，由带相反电荷的离子或其它电荷载流子补偿。例如，为氧化钨时，盲电荷的量取决于溅射氧化钨过程中过量氧气的浓度。在功能上，必须在用于使电致变色材料变换的离子能够有效地改变电致变色材料的光学属性之前补偿盲电荷。若未预补偿盲电荷，则提供至电致变色材料的离子将不可逆地合并入材料中，且对材料的光学状态不起作用。因此，通常为电致变色装置提供足够量的离子(比如，锂离子或质子)来既补偿盲电荷又提供用于可逆地使电致变色材料在两种光学状态之间转换的离子。在许多已知的电致变色装置中，电荷在补偿盲电荷的第一电化学循环过程中丢失。
在一些实施方案中，电致变色堆叠620中存在足够量的锂来补偿电致变色层606中的盲电荷，然后堆叠中存在大约为用于补偿盲电荷的锂量的1.5至2.5倍的额外量的锂(以质量计)(首先存在于，例如对电极层610中)。即，大约需要1.5至2.5倍的锂量来补偿用于电致变色堆叠620中的电致变色层606和对电极层610之间的可逆循环的盲电荷。在一些实施方案中，电致变色堆叠620中具有足够的锂来补偿电致变色层606中的盲电荷，然后对电极层610或堆叠中的其它地方存在大约为该锂量两倍的量(以质量计)。
图6B是图6A中所示的但是处于着色状态的电致变色装置600的(或转变至着色状态)示意性剖面。在图6B中，电压电源616的极性颠倒，因此电致变色层变得更加消极而不再接纳额外的锂离子，从而转变为着色状态。如虚线箭头所指示的，锂离子被传输穿过离子导电层608至氧化钨电致变色层606。所示氧化钨电致变色层606处于着色状态。所示镍钨氧化物对电极610也处于着色状态。如所解释，由于镍钨氧化物放弃(脱出)锂离子，因此镍钨氧化物逐渐变得越来越不透明。在本实例中，存在协同效应，其中层606和610向着色状态的转变朝降低透射堆叠和基底的光线量的方向累加。
以上描述的全固态以及无机电致变色装置具有低缺陷率和高可靠性，因此尤其适用于此处描述的实施方案。下面描述了其它低缺陷率全固态无机电致变色装置。
具有不同IC层的低缺陷率固态无机电致变色装置
如上所述，电致变色装置通常包括电致变色(″EC″)电极层和对电极(″CE″)层，二者由对离子具有高导电性而对电子具有高电阻的离子导电(″IC″)层隔开。如通常所理解，离子导电层因此可阻止电致变色层和对电极层之间发生短路。离子导电层允许电致变色电极和对电极保留电荷，从而保持其褪色或着色状态。在具有不同层的电致变色装置中，组分形成堆叠，其包括夹在电致变色电极层和对电极层之间的离子导电层。堆叠的三个组分之间的界线由成分和/或微观结构的突然变化确定。因此，装置具有三个不同层和两个突变界面。
令人非常惊讶的是，已发现可无需沉积离子导电电绝缘层来制造高质量电致变色装置。根据某些实施方案，形成的对电极和电致变色电极彼此紧密相邻，常常直接接触，无需分别沉积离子导电层。据信各种制造工艺和/或物理或化学机理在接触的电致变色层和对电极层之间产生界面区域，且该界面区域在装置(具有离子导电电绝缘层)中至少发挥离子导电电绝缘层的一些功能。
在一些实施方案中，这种具有离子导电电绝缘界面区域而非不同的IC层的电致变色装置用于此处描述的多窗格窗户单元的一个或多个窗格中。名称为“电致变色装置”，发明人为ZhongchunWang等人，分别于2010年4月30日提交的美国专利申请序列号12/772,055和12/772,075，以及于2010年6月11日提交的美国专利申请序列号12/814,277和12/814,279描述了这种装置及其制造方法，为了所有目的四个申请的内容通过引用并入本文中。这些电致变色装置可制造为具有低缺陷率，因此尤其适合此处描述的多窗格窗户单元。下面简单描述了这些装置。
图7是处于着色状态的电致变色装置500的示意性剖面，其中该装置具有发挥不同IC层功能的离子导电电绝缘界面区域708。电压电源616、导电层614和604以及基底602与结合图6A和6B所描述的基本相同。导电层614和604之间是区域710，其包括对电极层610、电致变色层606和位于二者之间的离子导电电绝缘界面区域708，而非不同的IC层。在本实例中，对电极层610和界面区域708之间没有明显的界线，电致变色层606和界面区域708之间也没有明显的界线。而是，CE层610和界面区域708之间，以及界面区域708和EC层606之间存在扩散转变。传统观点为三个层的每一个均应作为不同的统一沉积且平滑的层敷设以形成堆叠。每一个层之间的界面应为“透明的”，其中每一个层的界面处没有材料混合。本领域的一个普通技术人员将认识到实际上在层的界面处不可避免地存在一定程度的材料混合，但是主要是，在传统的制造方法中任何这种混合是无意的且是最低限度的。发明人已发现可形成用作IC层的界面区域界面区域，其中界面区域包括大量的根据设计的一种或多种电致变色材料和/或对电极材料。这从根本上脱离了传统制造方法。这些全固态无机电致变色装置还具有低缺陷率和高可靠性，因此尤其适用于此处描述的实施方案。
电致变色装置中的视觉缺陷
如上所示，由于低概率(缺陷将完全对齐以至于当窗户的两个窗格均变暗时，用户实际上可看到这些缺陷)抵消了重叠装置(例如，在双窗格窗户单元的两个窗格的每一个上的重叠装置)中存在的视觉缺陷，因此几乎任何电致变色装置可用于此处描述的多窗格窗户单元。电致变色装置(如以上描述的)的缺陷数量已减少；即，比可比较的先前装置的缺陷要少得多，因此其尤其适合于描述的实施方案。
如此处所用，术语“缺陷”指的是电致变色装置的有缺陷的点或区域。缺陷可由电短路或小孔造成。另外，缺陷可以是可见或不可见的。经常，缺陷将被表示为电致变色窗户或其它装置中视觉上可辨别的异常。在此处，这种缺陷称为“可见”缺陷。其它缺陷如此小，以至于正常使用过程中这些缺陷不会从视觉上引起观察者的注意(例如，当装置在白天处于着色状态时，这种缺陷不会产生引人注意的光点)。“短路”是跨越离子导电层的局部导电路径(例如，两个TCO层之间的导电路径)。“小孔”是电致变色装置的一个或多个层丢失或被损坏因此无法表现出电致变色的区域。小孔不是电短路。三种类型的缺陷需首要关注：(1)可见小孔，(2)可见短路和(3)不可见短路。通常，虽然不一定，但是可见短路将具有至少大约3微米的缺陷尺寸，该缺陷导致例如直径大约为1cm的区域(可感觉到该区域的电致变色效果减弱)，可通过隔离引起可见短路的缺陷(例如，通过激光刻划圈出缺陷)来大大减少这些区域，以使裸眼看到的可见短路仅类似于可见小孔。可见小孔的缺陷尺寸至少为大约100微米，因此从视觉上比可见短路更难辨识。本发明的一个方面旨在减小(如果未能消除)最终用户实际上观察到的视觉缺陷的数量。
在某些情况下，电短路由积存在离子导电层的导电颗粒造成，从而使对电极层和电致变色层或与二者之一连接的TCO之间产生电子路径。在某些其它情况下，缺陷由基底(电致变色堆叠在其上制造)上的颗粒造成，且这种颗粒引起层层离(有时称为“突然脱离”)或导致层未粘附于基底。下面的图5和6A‑6C示出了两种类型的缺陷。如果在沉积TCO或相连的EC或CE之前发生层离或突然脱离缺陷，则层离或突然脱离缺陷可导致短路。在这种情况下，随后沉积的TCO或EC/CE层将直接接触下面的提供直接电子导电路径的TCO或CE/EC层。下面的表2示出了缺陷来源的一些实例。表2意在提供导致不同类型的可见以及不可见缺陷的机理的实例。存在可影响EC窗户如何响应堆叠内的缺陷的附加因素。
电短路(即使是不可见的)可造成穿过离子导电层的漏电流，并导致短路附近发生电势降。如果电势降足够大，则其将阻止电致变色装置在短路附近发生电致变色转变。在可见短路的情况下，缺陷将以具有扩散界线的光中心区域的形式出现(当装置处于着色状态时)，如此装置随着距短路中心的距离的变化逐渐变暗。如果电致变色装置的区域集中了大量的电短路(可见或不可见)，则其一起会影响装置的宽阔区域，从而导致装置在这种区域不能转换。这是因为这种区域的EC和CE层之间的电势差不能获得所需驱动离子穿过离子导电层的阈电平。

在此处描述的某些实施中，很好地控制了短路(可见和不可见的)，因此漏电流在装置的任何位置没有造成这种影响。应理解，除了短路类型缺陷，其它起因也可导致漏电流。这种其它起因包括穿过离子导电层的广泛的泄漏，以及边缘缺陷，比如本文的其它地方描述的滚落缺陷和刻划线缺陷。此处强调的是仅由穿过电致变色装置的内部区域中的离子导电层(或界面区域)的电短路的点造成的泄漏。然而，应注意，将界面区域用作IC层的电致变色装置(如以上所述)可具有高于通常可接受的漏电流，但是装置却展示出良好的性能。然而，视觉缺陷仍出现在这些电致变色装置中。
图8是离子导电层内的颗粒在装置内引起局部缺陷的电致变色装置800的示意性剖面。所描绘的装置800具有典型的不同层，尽管在该尺寸范围的颗粒将在也使用离子导电电绝缘界面区域的电致变色装置中引起视觉缺陷。电致变色装置800包括与图6A中描绘的电致变色装置600的部件相同的部件。然而，在电致变色装置800的离子导电层608中，存在导电颗粒802或其它引起缺陷的人造物品。导电颗粒802导致电致变色层606和对电极层610之间发生短路。短路不允许离子在电致变色层606和对电极层610之间流动，而是允许电子在该层之间局部通过，当层610和606的剩余部分处于着色状态时，这使电致变色层606出现透明区域804，对电极层610出现透明区域806。即，如果电致变色装置800位于着色状态，则导电颗粒802致使电致变色装置的区域804和806不能进入着色状态。这些缺陷区域有时被称为“星座”，这是因为其相对于暗背景(处于着色状态的装置的剩余部分)以一串亮点(或星星)的形式出现。人们将很自然地注意到该星座，并常常发现其会分散注意力且不美观。
图9A是沉积电致变色堆叠的剩余部分之前，导电层604上具有颗粒902或其它碎屑的电致变色装置900的示意性剖面。电致变色装置900包括与电致变色装置600相同的部件。由于共形层606‑610按顺序在颗粒902上沉积，如所描述(在本实例中，层614未沉积)，因此颗粒902使得电致变色堆叠620中的层在颗粒902的区域膨胀。虽然不希望受特定理论约束，但是可以相信在这种颗粒上成层(假定层相对较薄)可使形成膨胀的区域内产生压力。更具体地，在围绕膨胀区域周围的每一个层内均可存在缺陷，例如以晶格排列或肉眼可见水平的裂缝或空隙。这些缺陷的一个结果将是，例如电致变色层606和对电极层610之间的电短路，或层608内的离子导电性损失。然而，图9A中未描绘这些缺陷。
参考图9B，由颗粒902造成的缺陷的另一个结果被称作“突然脱离”。在本实例中，在沉积导电层614之前，颗粒902的区域内的导电层604上的一部分分离出来，并携带部分电致变色层606、离子导电层608和对电极层610。“突然脱离”为块904，其包括颗粒902、电致变色层606的一部分以及离子导电层608和对电极层610。结果是导电层604的区域暴露。参考图9C，突然脱离之后以及一旦沉积了导电层614，形成了电短路，其中导电层614与导电层604接触。当电致变色装置900处于着色状态时，电短路将使其内产生透明区域，外观与由以上结合图8描述的短路产生的缺陷相似。
由于基底602或604上的颗粒或碎屑而产生的突然脱离缺陷(如以上所述)，在离子导电层608和对电极层610也可出现，当电致变色装置处于着色状态时导致小孔缺陷。
即使在例如，使用激光划线隔离并最小化这种缺陷之后，上述缺陷的最终结果是星座，电短路和其它缺陷导致小孔。因此，理想的是使用低缺陷率电致变色装置以减少经缓解努力后仍存在的小孔的总数。下面是对用于在建筑等级基底上制造这种低缺陷率全固态无机电致变色装置的综合系统的简要描述。
低缺陷率电致变色装置
可在综合沉积系统中，例如在建筑玻璃上制造以上描述的电致变色装置。电致变色装置用于制造窗户单元，例如IGU，其反过来用于制造电致变色窗户。术语“综合沉积系统”指用于在光学透明和半透明的基底上制造电致变色装置的设备。该设备具有多个工位，每一个工位专用于特定的单元操作，比如沉积电致变色装置的特定部件(或部件的部分)，以及清洗、蚀刻和控制这种装置或其一部分的温度。多个工位完全整合，如此在其上制造电致变色装置的基底可从一个工位到达下一个工位而不会暴露于外部环境。综合沉积系统在受控的周围环境下在设有工艺工位的系统内部运转。结合图9描述了示例性综合沉积系统。
图10透视示意方式描绘了根据某些实施方案的综合沉积系统1000。在本实例中，系统1000包括用于将基底引入系统的入口负载锁定1002，和用于将基底从系统移除的出口负载锁定1004。负载锁定使得基底在不干扰系统的受控周围环境的情况下被引入系统并从系统移除。综合沉积系统1000具有模块1006，其具有多个沉积电致变色堆叠的各种层(例如，以上描述的那些)的沉积工位。综合沉积系统内的各个工位可包括加热器、冷却器、各种溅射靶以及移动溅射靶的工具、RF和/或DC电源和电能输送机构，蚀刻工具(例如，等离子蚀刻)、气体源、真空源、辉光放电源、工艺参数监视器和传感器、机器人、电源等。
具有用于负载，例如建筑玻璃基底1025(负载锁定1004具有相应的出口端)的入口端1010。基底1025由沿轨道1015移动的托盘1020支撑。正如一个或多个沉积工艺所期望的那样，托盘1020通过系统1000可向前和/或向后平移(如由双头箭头指示的那样)。在本实例中，托盘1020和基底1025基本上为垂直定向。基本垂直的定向有助于避免缺陷，这是因为可从，例如由溅射导致的原子附聚产生的颗粒物质将易受重力影响，并因此未沉积在基底1025上。此外，因为建筑玻璃基底往往较大，所以当基底通过综合沉积系统的工位时，由于较少担心会出现较厚的热玻璃会出现的下垂，因此基底的垂直定向使得能够涂覆较薄的玻璃基底。
靶1030(这种情况下为圆柱状靶)被定向为与基底表面平行并位于基底表面前面，基底表面将发生沉积(为了方便起见，此处未描述其它溅射工具)。基底1025在沉积过程中可平移经过靶1030，和/或靶1030可在基底1025前面移动。
综合沉积系统1000还具有在系统内建立并保持受控周围环境的各种真空泵、进气口、压力传感器等。这些部件未示出，但是本领域的一个普通技术人员将可以理解。系统1000通过，例如计算机系统或其它控制器(在图10中以LCD和键盘1035表示)受控。本领域的一个普通技术人员将理解，本发明的实施方案可使用各种涉及储存于一个或多个计算机系统或通过其转移的数据的处理。可针对所需目的特别构造控制装置，或控制装置可以是由计算机程序和/或储存于计算机的数据结构选择性地启动或重新配置的通用计算机。
通过使用这种综合沉积系统，可生产缺陷率非常低的电致变色装置。在一个实施方案中，单个电致变色装置中的可见小孔缺陷的数量不大于每平方厘米大约0.04。在另一个实施方案中，单个电致变色装置中的可见小孔缺陷的数量不大于大约0.02每平方厘米，且在更多具体实施方案中，这种缺陷的数量不大于大约0.01每平方厘米。
如上所述，通常在制造之后分别处理可见短路类型缺陷，例如利用激光刻划将其隔开，仅留下与短路有关的小孔作为可视缺陷。在一个实施方案中，单个电致变色装置中的与短路有关的可见小孔缺陷的数量不大于大约0.005每平方厘米。在另一个实施方案中，单个电致变色装置中的与短路有关的可见小孔缺陷的数量不大于大约0.003每平方厘米，且在更多具体实施方案中，这种缺陷的数量不大于大约0.001每平方厘米。在一个实施方案中，可视缺陷、小孔以及由隔开单个装置中的与短路有关的缺陷而产生的与短路有关的小孔的总量小于大约0.1个缺陷每平方厘米，在另一个实施方案中，小于大约0.08个缺陷每平方厘米，在另一个实施方案中，小于大约0.045个缺陷每平方厘米(窗户的每平方米小于大约450个缺陷)。
在传统的电致变色窗户中，电致变色玻璃的一个窗格结合入IGU中。IGU包括组装成一个单元的多玻璃窗格，意图通常为使包含在由该单元形成的空间内的气体的热绝缘性最大化，同时提供通过该单元的清晰视觉。除了用于将电致变色玻璃连接至电压电源的电引线之外，合并电致变色玻璃的中空玻璃单元与当前本领域已知的IGU。由于电致变色IGU要经受更高的温度(由于电致变色玻璃吸收辐射能)，因此与传统IGU使用的密封剂相比，其需要更坚固的密封剂。例如，不锈钢间隔条、高温聚异丁烯(PIB)、新辅助密封剂、用于间隔条缝的箔涂层PIB带等。
虽然以上描述的电致变色装置具有非常低的缺陷率，但是仍存在可视缺陷。且由于通常IGU仅包括一个具有电致变色装置的窗格玻璃，因此即使这种IGU包括低缺陷率装置，当窗户处于着色状态时，至少较少数量的缺陷仍很明显。
尽管已详细描述了上述发明以帮助理解，但是描述的实施方案应认为是说明性的而非限制性的。对于本领域的普通技术人员来说很明显的是在附加权利要求书的范围内可进行某些的变化和修改。