具有电可控光学和/或能量传输特性的电化学设备.pdf

摘要
申请专利号：	CN201180066920.8	申请日：	2011.12.05
公开号：	CN103339560A	公开日：	2013.10.02
当前法律状态：	驳回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):G02F 1/155申请公布日:20131002\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):G02F 1/155申请日:20111205\|\|\|公开
IPC分类号：	G02F1/155	主分类号：	G02F1/155
申请人：	法国圣戈班玻璃厂
发明人：	A.维格; D.拉明; E.瓦伦廷
地址：	法国库伯瓦
优先权：	2010.12.06 FR 1060153
专利代理机构：	中国专利代理(香港)有限公司 72001	代理人：	臧永杰;刘春元
PDF下载：	PDF下载

内容摘要

本发明涉及具有电可控光学和/或能量特性的电化学设备（1），其包括第一电极涂层（4）、第二电极涂层（12）和电化学活性介质（6，10），所述电化学活性介质（6，10）通过向第一电极涂层（4）和向第二电极涂层（12）供应电功率能够在不同光学传输的第一状态和第二状态之间可逆地转换，电极涂层的材料基于金属氧化物，其具有等于或大于60%、优选地等于或大于80%的光传输系数D65，并且具有自由载流子浓度，使得材料具有满足（λ-Δλ/2）≥1.8μm的吸收光谱，其中λ是所述材料的等离子体波长并且Δλ是吸收光谱在等离子体波长处的半最大值全宽度。

权利要求书

权利要求书
1.   一种具有电可控光学和/或能量特性的电化学设备（1），是以下类型的，包括：
‑包括导电层的第一电极涂层（4）；
‑包括导电层的第二电极涂层（12）；
‑在第一电极涂层（4）和第二电极涂层（12）之间的电化学活性介质（6,10），所述电化学活性介质（6,10）通过向第一电极涂层（4）和第二电极涂层（12）供应电功率能够在不同光学传输的第一状态和第二状态之间可逆地转换，
第一（4）和第二（12）电极涂层中至少一个的至少一个导电层的材料基于金属氧化物，所述材料具有等于或大于60%、优选地等于或大于80%的光传输系数D65，其中所述材料具有自由载流子浓度，使得材料具有满足（λ‑Δλ/2） ≥1.8μm的吸收光谱，其中λ是所述材料的等离子体波长并且Δλ是吸收光谱在等离子体波长处的半最大值全宽度，所述电化学活性介质在针对太阳能系数g的对比度的所述等离子体波长处是活性的。

2.   如权利要求1中所述的设备（1），其中所述材料具有等于或小于10×10‑4Ω.cm、优选地等于或小于5×10‑4Ω.cm的电阻率。

3.   如权利要求1或2中所述的设备（1），其中在所述材料中的载流子的迁移率等于或大于50cm2.V‑1.s‑1，优选地等于或大于100cm2.V‑1.s‑1。

4.   如前述权利要求中任一项所述的设备（1），其中所述材料具有等于或大于5×10‑5Ω.cm的电阻率。

5.   如前述权利要求中任一项所述的设备（1），其中在所述材料中的载流子的浓度等于或小于5×1020cm‑3，例如等于或小于2×1020cm‑3，例如等于或小于1×1020cm‑3。

6.   如前述权利要求中任一项所述的设备（1），其中由所述材料构成的导电层具有等于或小于1000nm、优选地等于或小于700nm的厚度。

7.   如前述权利要求中任一项所述的设备（1），其中由所述材料构成的导电层具有等于或大于30nm的厚度。

8.   如前述权利要求中任一项所述的设备（1），其中所述材料基于氧化铟锌（IZO）化合物，其中锌在IZO化合物中的%重量含量优选地在10和30%之间变化。

9.   如权利要求8中所述的设备（1），其中所述材料是IZO。

10.   如权利要求1至7中任一项所述的设备（1），其中所述材料基于钼掺杂氧化铟（IMO），Mo在IMO化合物中的%重量含量优选地在0.1%和2.0%之间、优选地在0.3%和1.0%之间变化。

11.   如前述权利要求中任一项所述的设备（1），其中包括所述材料的电极涂层（4,12）中至少一个包括单一导电层。

12.   如前述权利要求中任一项所述的设备（1），其中第一电极涂层（4）和电化学活性介质（6,10）在相同衬底（2）上形成，所述电化学活性介质是在第一电极涂层（4）上形成的层，例如无机或聚合物层。

13.   如权利要求12中所述的设备（1），包括附加电化学活性介质，所述电化学活性层（6，10）被安放在两个电极涂层（4,12）之间并且通过电解质（8）分离开。

14.   如权利要求13中所述的设备（1），其中所述设备是全固态类型的，所述第一电极涂层（4）在衬底（2）上形成，第一电化学活性层（6）在第一电极涂层（4）上形成，电解质（8）在第一电化学活性层（6）上形成，第二电化学活性层（10）在电解质（8）上形成，和第二电极涂层（12）在第二电化学活性层（10）上形成。

15.   如权利要求14中所述的设备（1），其中所述设备包括对向衬底（16）和层压夹层（14），所述对向衬底（16）和衬底（2）通过层压夹层（14）被层压在一起使得电化学活性介质（6,10）位于在衬底（2）和对向衬底（16）之间，所述层压夹层（14）优选地引入用于电连接第二电极涂层（12）的装置。

16.   如前述权利要求中任一项所述的设备（1），其中电化学活性介质是电致变色的。

17.   一种用于制造具有电可控光学和/或能量特性的电化学设备（1）的方法，包括以下步骤：
‑在衬底（2）上沉积第一导电层以便形成第一电极涂层（4）；
‑例如在衬底（2）上或在对向衬底（16）上沉积第二导电层以便形成第二电极涂层（12）；和
‑沉积用于位于第一电极涂层（4）和第二电极涂层（12）之间的电化学活性介质（6,10），
所述电化学活性介质通过向第一电极涂层（4）和第二电极涂层（12）供应电功率能够在不同光学传输的第一状态和第二状态之间可逆地转换，
其中第一（4）和第二（12）电极涂层中至少一个的至少一个导电层的材料基于金属氧化物，
所述材料具有等于或大于60%、优选地等于或大于80%的光传输系数D65，并且其中所述材料具有自由载流子浓度，使得材料具有满足（λ‑Δλ/2） ≥1.8μm的吸收光谱，其中λ是所述材料的等离子体波长并且Δλ是吸收光谱在等离子体波长处的半最大值全宽度。

说明书

说明书具有电可控光学和/或能量传输特性的电化学设备
技术领域
本发明涉及具有电可控光学和/或能量传输特性的电化学设备的领域。
背景技术
所涉及的设备具有可以通过适当供电效应修改的传输特性，特别是在某些电磁辐射波长中、尤其是在可见和/或红外辐射波长中的吸收和/或反射。传输的改变通常发生在光学（红外、可见、紫外）范围中和/或在其他电磁辐射范围中，因此命名为具有电可控光学和/或能量传输特性的设备，其中光学范围不一定是仅有的考虑范围。
从热的观点，其传输可以在至少部分太阳光谱内被调节的装配玻璃当其作为外部装配玻璃被安装在建筑中或者作为窗户被安装在包括汽车、铁路车辆、飞机等等的类型的运输装置中时允许控制进入房间或乘客区域/车厢的太阳热输入，并且因此当其上有强烈的阳光时所述装配玻璃允许防止后者过度变热。
从光学观点，装配玻璃允许控制视觉的程度，从而当它作为外部装配玻璃被装配时当有强烈阳光时使得有可能防止眩光。它作为外部装配玻璃和如果它作为内部装配玻璃被使用例如用于装备房间（建筑中的办公室）之间的内部隔断或例如用于隔离铁路车辆或飞机中的车厢，也都可以具有特别有利的百叶窗效应。
这些设备包括两个电极涂层，在该电化学活性介质或多个介质的任一侧分别一个。向电极涂层的端子的电势施加控制至少一个电化学活性介质的光学和/或能量传输的改变。
获得具有电可控光学和/或能量传输特性而在大面积（例如大于1m2）上没有可见光学缺陷的电致变色层、或更通常地电化学活性介质是困难的，其状态的变化在宽温度范围上是迅速的并且其在两个状态之间的对比度随时间推移基本保持恒定（持久性）。
与例如由IrOx或NiOx所制成的阳极电致变色层相组合的、由HxWO3所制成的阴极电致变色层已经被证明是特别有前景的并且已经在文献中被广泛描述。
这些电致变色层在他们的透明状态表现出良好的透明度并且在他们的有色状态表现出良好的着色，使得当电致变色设备被集成进装配玻璃时其使得有可能调节穿过装配玻璃的光传输，即电磁波在可见范围中的传输。
为了调节光传输，通常期望在设备的两个状态之间高的光传输对比度。
因为太阳能穿过设备的传输在有色状态比透明状态低，电致变色设备也使得有可能以电可控方式调整穿过装配玻璃的热输入（或能量传输）。
为了调节穿过具有电可控光学和/或能量传输特性的电化学设备的太阳热输入，因此寻求改善设备在透明状态的太阳能系数g（设备的太阳能系数g对应于设备的太阳能量透过率，例如由1997的prEN 410标准所定义的）和在有色状态的太阳能系数g之间的对比度是有用的。
发明内容
本发明的一个目的是提供具有电可控光学和/或能量传输特性的电化学设备，所述电化学设备具有良好的光传输对比度和太阳能系数g的良好对比度。
为此，本发明的一个目的是具有电可控光学和/或能量特性的电化学设备，其是以下类型，包括：
‑包括导电层的第一电极涂层；
‑包括导电层的第二电极涂层；和
‑在第一电极涂层和第二电极涂层之间的电化学活性介质，电化学活性介质通过向第一电极涂层和第二电极涂层供应电功率能够在不同光学传输的第一状态和第二状态之间可逆地转换，
第一和第二电极涂层中至少一个的至少一个导电层的材料基于金属氧化物，所述材料具有等于或大于60%、优选地等于或大于80%的光传输系数D65，其中所述材料具有自由载流子浓度，使得材料具有满足（λ‑Δλ/2） ≥1.8μm的吸收光谱，其中λ是所述材料的等离子体波长并且Δλ是吸收光谱在等离子体波长处的半最大值全宽度。
根据本发明的设备在接受电极的任意更低传导率并且因此设备状态的任意不太快变化时，由于电磁辐射穿过电极的良好能量传输使得有可能提高设备的太阳能系数g的对比度，而由于电极在可见范围的高透明度仍然使得有可能保持良好的光传输对比度。
本发明的一个新方面来源于通过明智选择电极实现此目的的事实。
特别地，对于此类设备的研究工作通常首先旨在改善穿过设备的光传输的对比度。
本发明将获得良好光传输对比度的可能性看作约束，但是更特别旨在改善能量传输（太阳能系数g）方面的对比度，即在于改善对于整个太阳光谱、更特别地对于可见范围和近红外的对比度。
此外，为达到此结果，本发明旨在改善穿过电极的能量传输，具有保持电极透明的约束，即在可见（光传输）范围中具有良好的光学传输系数。
在现有技术中，通常通过在衬底上沉积一个或多个导电层来获得电极涂层。这些通常是无机层，例如掺杂有金属的金属氧化物层和/或金属层。
用于选择这些电极涂层的材料通常所考虑的约束尤其是传导率、在可见范围中的透明度、机械和电化学稳定性、沉积的容易度、成本和持久性。
找到满足所有这些准则的材料是困难的。
根据本发明的设备尤其是由于在（在0.8和2μm之间的）近红外范围中的更好的光传输，使得有可能获得太阳电磁辐射穿过电极的极好能量传输，其中太阳能系数g的值等于或大于0.70。
电极的材料的传导率可能低于例如由ITO所制成的已知电极的传导率，但是这个可能的缺点是已接受的。
选择满足这些特性并且对电化学腐蚀具有极好抗性的材料也是可能的，所述电化学腐蚀很有可能是由活性介质和施加到电极端子的电势所引起的。这是因为电化学设备是特别有腐蚀性的。
根据本发明的特定实施例，所述设备包括单独地或根据任意技术上可能的组合所采取的一个或多个以下特征：
‑所述材料具有等于或小于10×10‑4Ω.cm、优选地等于或小于5×10‑4Ω.cm的电阻率；
‑在所述材料中载流子的迁移率等于或大于50cm2.V‑1.s‑1，优选地等于或大于100cm2.V‑1.s‑1；
‑所述材料具有等于或大于5×10‑5Ω.cm的电阻率；
‑在所述材料中的载流子浓度等于或小于5×1020cm‑3，例如等于或小于2×1020cm‑3，例如等于或小于1×1020cm‑3；
‑由所述材料构成的导电层具有等于或小于1000nm、优选地等于或小于700nm的厚度；
‑由所述材料构成的导电层具有等于或大于30nm的厚度；
‑所述材料基于氧化铟锌（IZO）化合物，其中锌在IZO化合物中的%重量含量优选地在10和30%之间变化；
‑所述材料是IZO；
‑所述材料基于钼掺杂氧化铟（IMO），其中Mo在IMO化合物中的%重量含量优选地在0.1%和2.0%之间、优选地在0.3%和1.0%之间变化；
‑包括所述材料的电极涂层中的至少一个包括单一导电层；
‑第一电极涂层和电化学活性介质在相同衬底上形成，其中电化学活性介质是在第一电极涂层上形成的层，例如无机或聚合物层；
‑所述设备包括附加电化学活性介质，其中电化学活性层被安放在两个电极涂层之间并且通过电解质分离开；
‑所述设备是全固态类型的，所述第一电极涂层在衬底上形成，第一电化学活性层在第一电极涂层上形成，电解质在第一电化学活性层上形成，第二电化学活性层在电解质上形成，和第二电极涂层在第二电化学活性层上形成；
‑所述设备包括对向衬底和层压夹层，所述对向衬底和衬底通过层压夹层被层压在一起使得电化学活性介质位于衬底和对向衬底之间，其中层压夹层优选地引入用于电连接第二电极涂层的装置；和
‑电化学活性介质是电致变色的。
本发明的另一个目的是包括上述设备的装配玻璃，例如建筑装配玻璃或汽车装配玻璃。
本发明又一个目的是用于制造具有电可控光学学和/或能量特性的电化学设备的方法，包括以下步骤：
‑在衬底上沉积第一导电层以便形成第一电极涂层；
‑例如在衬底上或在对向衬底上沉积第二导电层以便形成第二电极涂层；和
‑沉积用于位于第一电极涂层和第二电极涂层之间的电化学活性介质，
所述电化学活性介质通过向第一电极涂层和第二电极涂层供应电功率，能够在不同光学传输的第一状态和第二状态之间可逆地转换，
其中第一和第二电极涂层中至少一个的至少一个导电层的材料基于金属氧化物；
所述材料具有等于或大于60%、优选地等于或大于80%的光传输系数D65，并且其中所述材料具有自由载流子浓度，使得材料具有满足（λ‑Δλ/2） ≥1.8μm的吸收光谱，其中λ是所述材料的等离子体波长并且Δλ是吸收光谱在等离子体波长处的半最大值全宽度。
根据本发明的特定实施例，所述方法具有以单独地或根据任意技术上可能的组合所采取的一个或多个以下特征：
‑所述材料具有等于或小于10×10‑4Ω.cm、优选地等于或小于5×10‑4Ω.cm的电阻率；
‑在所述材料中载流子的迁移率等于或大于50cm2.V‑1.s‑1，优选地等于或大于100cm2.V‑1.s‑1；
‑所述材料具有等于或大于5×10‑5Ω.cm的电阻率；
‑在所述材料中的载流子浓度等于或小于5×1020cm‑3，例如等于或小于2×1020cm‑3，例如等于或小于1×1020cm‑3；
‑由所述材料构成的导电层具有等于或小于1000nm、优选地等于或小于700nm的厚度；
‑由所述材料构成的导电层具有等于或大于30nm的厚度；
‑所述材料基于氧化铟锌（IZO）化合物，其中锌在IZO化合物中的%重量含量优选地在10和30%之间变化；
‑所述材料是IZO；
‑所述材料基于钼掺杂氧化铟（IMO），其中Mo在IMO化合物中的%重量含量优选地在0.1%和2.0%之间、优选地在0.3%和1.0%之间变化；
‑包括所述材料的电极涂层中的至少一个包括单一导电层；
‑第一电极涂层和电化学活性介质在相同衬底上沉积，其中电化学活性介质是在第一电极涂层上沉积的层，例如无机或聚合物层；
‑所述设备包括附加电化学活性介质，所述电化学活性层被安放在两个电极涂层之间并且通过电解质分离开；
‑所述设备是全固态类型的，其中在衬底上沉积第一电极涂层，在第一电极涂层上沉积第一电化学活性层，在第一电化学活性层上沉积电解质，在电解质上沉积第二电化学活性层，和在第二电化学活性层上沉积第二电极涂层；
‑所述设备包括对向衬底和层压夹层，所述方法包括通过层压夹层层压对向衬底和衬底的步骤，这个步骤包括层压夹层在第二电极涂层上的沉积以及对向衬底在层压夹层上的沉积，和加热设备到大约100℃的温度的后续步骤；和
‑电化学活性介质是电致变色的。
附图说明
从阅读仅仅通过示例给出的并且参考附图做出的以下描述时会更好地理解本发明，其中图1是根据本发明的电化学设备的示意性横截面视图。
在全文中，表达“在层B上形成（或沉积）的层A”被理解为意指层A要么直接在层B上形成并且因此与层B接触，要么以在层A和层B之间插入一个或多个层地在层B上形成。
具体实施方式
图1通过非限制性示例说明了电致变色类型的电化学设备1，即包括至少一个电化学活性介质的设备，所述电化学活性介质的光传输通过向电极涂层的端子供应电功率和活性介质的氧化还原作用是可逆地电可控的。
为了提供清楚的表示，图不是依比例绘制的，因为在例如衬底和其他层之间厚度的差别是巨大的，例如相差大约500倍。
所述电化学设备是全固态类型的，即其功能系统由具有足够机械强度以使得所有被沉积在同一衬底上并且粘附在那的（电极+活性介质）层构成。为此，所述功能系统的层是例如无机的或由足够机械强度的诸如PEDOT的某些有机材料所制成。
然而，通常本发明首先不限于在可见范围起作用的设备，诸如电致变色设备。作为变型，他们可以例如是在红外范围（在0.8和1000μm之间）并且不一定在可见范围（在0.4和0.8μm之间）起作用的设备。
其次，所述电化学设备是任意适合类型的并且不一定是全固态类型的。它可以例如是有机电化学设备，即以下设备，其中电化学介质基于有机凝胶或溶液。它也可以是混合电化学设备，即以下设备，其中电化学介质是固态层（无论无机的或由聚合物材料所制成）并且其中分离电化学层的电解质基于有机凝胶或溶液。
例如US‑5 239 406和EP‑A‑0 612 826描述了有机电致变色设备。
EP‑0 253 713、EP‑0 670 346、EP‑0 382 623、EP‑0 518 754和EP‑0 532 408描述了混合电致变色设备。
EP‑0 831 360和WO‑A‑00/03290描述了全固态电致变色设备。
“全固态”设备特别地具有使得衬底的数目最小化的优点。
此外，无机层通常具有良好的（大于10年的）持久性，这在建筑应用中是必然的优点。
所说明的电致变色设备1按以下顺序包括：
‑ 衬底2；
‑ 功能系统3，包括：
     ·在衬底2上形成的第一电极涂层4，
     ·在第一电极涂层4上形成的第一电致变色层6，
     ·在第一电致变色层6上形成的电解质8，
     ·在电解质8上形成的第二电致变色层10，和
     ·在第二电致变色层10上形成的第二电极涂层12，
‑ 安放在功能系统3上的层压夹层14；和
‑ 覆盖功能系统3并且通过层压夹层14被层压到衬底的对向衬底16。
以上设备是全固态类型的层压电致变色设备。
作为变型，全固态电致变色设备不是层压的。例如，对向衬底通过一层例如氩的气体从衬底和从功能系统被分离开。
在电极涂层之间施加第一电势导致诸如H+或Li+的离子嵌入（insertion）进第一电致变色层6和离子从第二电致变色层10脱嵌（désinsertion），导致功能系统3的着色。
异号电势的施加导致相同离子从第一电致变色层6脱嵌和离子嵌入进第二电致变色层10，导致系统3的漂白。
通常，设备包括两个电极涂层和在所述两个电极涂层之间的至少一个电化学活性介质。向电极涂层的端子施加电势确保电化学活性介质经历氧化还原作用。
应当注意的是，在全文中，表达“电极涂层”被理解为意指包括至少一个电子导电层的供电涂层，即以下涂层：其中通过电子的迁移率提供导电性，要和由离子的迁移率产生的导电性区别开。
电极涂层由特定材料所制成。所述材料基于金属氧化物并且具有等于或大于60%或甚至等于或大于80%的光传输系数D65。
应当注意的是，在全文中，表达“材料的光传输系数D65”被理解为意指被传输穿过材料的光源的光部分D65(也就是说没有被材料吸收并且没有在其两个界面上被反射)。
光传输系数D65的测量是众所周知的并且特别由1997的prEN 410标准所定义。光源的光分布D65是在该标准中提及的光分布。
此外，材料具有自由载流子浓度，使得材料具有满足（λ‑Δλ/2） ≥1.8μm的吸收光谱，其中λ是所述材料的等离子体波长并且Δλ是吸收光谱在等离子体波长处的半最大值全宽度。
在透明导电氧化物的情况下，等离子体波长λ是对应于在高于700nm的范围中穿过材料（见1997的prEN 410标准）的太阳辐射Sλ的最大吸收的波长。这是在全文中所使用的等离子体波长的定义。
半最大值全宽度Δλ（或FWHM）根据定义是在自变量的两个极值之间的差，针对其而言，因变量等于其最大值（也就是说吸收光谱在等离子体波长的任一侧上、最接近等离子体波长的两点之间的横坐标距离）的一半，并且针对其而言，吸收等于在等离子体波长处的吸收的50%。
在使得（λ‑Δλ/2） ≥1.8μm的吸收光谱情况下，材料大大地限制具有在中和远红外、更特别地在2和100μm之间的波长的电磁波的传播。
另一方面，所述材料允许具有在可见范围（在0.4和0.8μm之间）和在近红外（在0.8和2μm）的波长的电磁波的传播。
通过材料中自由载流子的适合浓度获得了这些特性。
在材料中载流子的浓度例如等于或小于5×1020cm‑3，例如再次等于或小于2×1020cm‑3，再次例如等于或小于1×1020cm‑3。
然而对于每种材料必须适当地选择自由载流子的浓度。
在所述材料中的自由载流子具有足够的迁移率以便所述材料具有等于或小于10×10‑4Ω.cm、优选地等于或小于5×10‑4Ω.cm的电阻率。
在材料中的载流子的迁移率优选地等于或大于50cm2.V‑1.s‑1，优选地等于或大于100cm2.V‑1.s‑1。
这是因为具有相对低的自由载流子浓度的材料是优先用于获得期望的等离子体波长的，即使它需要选择较低传导率的材料。然而，在具有低的自由载流子浓度的材料之中，具有相对高的自由载流子迁移率的材料是优先的。
以下所列的材料使得能够获得特定吸收光谱特征。
以下所述的材料是以4×10‑4Ω.cm的电阻率获得的。
具有300nm厚度的层使得有可能获得用于设备的良好操作的足够低的薄板电阻。更小的厚度是可能的，但是于是设备的状态的改变速度可能大大地退化（假定电极涂层只包括单一导电层）。
此外，增加层的厚度不线性降低层的光传输系数，因为光传输系数取决于吸收系数和反射系数。吸收系数取决于层的厚度而反射系数相对地独立于层的厚度。
因此等于或大于300nm而不超过400nm的厚度是优选的。
若干材料是适合的。
材料例如基于IZO，例如由100% IZO构成。优选地，IZO具有在10和30%之间的、锌相对于氧化铟的%重量含量。
这样的材料使得有可能获得期望的自由载流子浓度。自由载流子的迁移率例如大于50cm2.V‑1.s‑1，例如等于或大于100cm2.V‑1.s‑1。
其他可能的材料基于In2O3:Mo，即钼掺杂氧化铟。
更准确地，钼掺杂的水平优选地在0.1%和2.0%之间，优选地在0.3%和1.0%之间，因此所述材料具有等于或大于100cm2.V‑1.s‑1的自由载流子迁移率。
在所选示例中，第二电极涂层12是和第一电极涂层4本质相同的。然而，不言而喻可以独立地选择电极涂层4和12的材料，并且他们之一可以例如从通常所使用的诸如ITO和SnO2:F的材料中选择。
关于在示例中所说明的“全固态”多层，第二电极涂层12被沉积在第二电致变色层10上。
以下针对本发明的实施例示例将描述设备1的其他元件。
第一电致变色层6的材料在离子从第二电致变色层10脱嵌期间嵌入离子，并且在离子嵌入进第二电致变色层10期间脱嵌离子。
第一电致变色层6是例如阳极类型的，而第二电致变色层10是阴极类型的，使得所述材料可以在离子嵌入/脱嵌期间同时变成有色的和漂白的。
第一电致变色层6的材料是例如从HxIrOy或HxNiOy、即水合氧化铱或水合氧化镍中选择的。
第一电致变色层6在此是被沉积在电极涂层4上的，其对于“全固态”或“混合”电致变色设备总是如此。
当有关于阴极着色电致变色材料时，第二电致变色层10的材料是例如HxWO3，即水合氧化钨。
在“全固态”设备的情况下，第二电致变色层在此是被沉积在电解质8上的。
然而，作为变型，设备是“混合”类型的并且第二电致变色层10和第二电极涂层12一起在对向衬底16上形成。
在以上示例中所给出的层6和10通过改变吸收系数起作用。
作为变型，电致变色层6和/或电致变色层10由通过改变反射系数而起作用的电致变色材料所制成。在这种情况下，至少一个层基于稀土元素（钇或镧），或镁Mg和过渡金属的合金，或半金属（诸如可能掺杂有例如钴Co、锰Mn等的锑Sb），而其他层可能是如上通过改变吸收系数起作用的电致变色层（例如WO3）或仅仅是非电致变色离子存储层。
此外，两个电致变色层6和10之一不一定是电致变色的，也就是说它不一定提供显著的光学改变效应。通常，在电致变色系统的情况下，有电致变色层和用于存储嵌入离子的离子存储层，该离子存储层可选择地是电致变色的。非电致变色离子存储材料的示例是CeO2(氧化铈)。
电解质层8是由任意适合类型的材料所制成，用于当仍然是电子绝缘的时候确保嵌入离子的迁移率。
这可以例如是具有在1nm和1微米之间、例如在100nm和400nm之间的厚度的Ta2O5层。
作为变型，电解质8包括多个层，例如在阳极电致变色层侧的基于氧化钽的层和基于氧化钨的层。
在如上所述的电致变色层的情况下嵌入离子是例如H+。作为变型，在电致变色系统的情况下，这些可以是Li+或Na+或K+离子，或其他碱金属离子。
同样作为变型，电化学设备2是全有机类型的。在这种情况下，衬底和对向衬底只配备有电极涂层4和12。活性介质位于两个电极涂层之间并且与两个电极涂层接触。
活性介质是例如电致变色溶液或凝胶。
无论什么电化学活性介质（不管全固态或有机的），特别在装配玻璃的情况下，衬底2是具有玻璃功能的薄板。
所述薄板可以是平的或弯曲的并且可以具有任意尺寸，尤其至少一个尺寸大于1米。
有利地，这是玻璃薄板。
所述玻璃优选地是钠钙硅酸盐类型的，但是也可以使用诸如硼硅酸盐玻璃的其他类型的玻璃。所述玻璃可以是明净或超明净的或着色的，例如着蓝色、绿色、琥珀色、青铜色或灰色的。
所述玻璃薄板的厚度通常在0.5和19mm之间，尤其在2和12mm之间，例如在4和8mm之间。所述玻璃也可以是具有等于或大于50μm的厚度的玻璃薄膜（在这种情况下，例如通过卷对卷方法沉积EC多层和TCO/TCC电极涂层）。
作为变型，衬底2由例如塑料的柔性透明材料所制成。
于是在层4至12已经被沉积之后，配备有诸如导线的电连接装置的层压夹层14被施加到衬底2上。所述层压夹层14是例如由PU（聚氨酯）所制成的。这提供了在衬底2和对向衬底16之间的粘附以便获得层压的装配玻璃。
不言而喻，层压夹层14对于保护电致变色层是非必要的，并且可以不存在。于是对向衬底16有利地从功能系统3被间隔开并且夹层气体充满衬底4和对向衬底16之间的空间。
尤其是在装配玻璃的情况下，对向衬底16是具有玻璃功能的薄板。
所述薄板可以是平的或弯曲的并且可以具有任意尺寸，尤其至少一个尺寸大于1米。
有利地，这是玻璃薄板。
所述玻璃优选地是钠钙硅酸盐类型的，但是也可以使用诸如硼硅酸盐玻璃的其他类型的玻璃。所述玻璃可以是明净或超明净的或着色的，例如着蓝色、绿色、琥珀色、青铜色或灰色的。
所述玻璃薄板的厚度通常在0.5和19mm之间，尤其在2和12mm之间，例如在4和8mm之间。所述玻璃也可以是具有等于或大于50μm的厚度的玻璃薄膜（在这种情况下，例如通过卷对卷方法沉积EC多层和TCO/TCC电极涂层）。
作为变型，对向衬底16是由诸如塑料的柔性透明材料所制成。
本发明的目的不仅是上述设备1而且也是包括设备1的装配玻璃。这可以例如是建筑多重装配玻璃，其例如包括层压装配玻璃或用于汽车的单一层压装配玻璃。
应当注意的是，表达“多重装配玻璃”被理解为意指包括通过气体夹层被间隔开和分离开的多个装配玻璃的组装。
事实上，设备1有具有足够高的抗脱层性的优点，其归因于要集成进层压装配玻璃和甚至弯曲装配玻璃的层的材料的选择。
本发明的目的也是用于制造设备1的方法。
在“全固态”设备的情况下，所述方法包括以下步骤：
‑在衬底2上沉积第一电极涂层4；
‑在第一电极涂层4上沉积第一电致变色层6；
‑在第一电致变色层6上沉积电解质8；
‑在电解质8上沉积第二电致变色层10；和
‑在第二电致变色层10上沉积第二电极涂层12。
作为变型，电致变色层之一不变成有色的而是只充当离子存储的作用。
在混合设备的情况下，第一电极涂层4和第一电致变色层6是被沉积在衬底2上的，而第二电极涂层12和第二电致变色层10是被沉积在对向衬底16上的。于是电解质8被安放在衬底4和对向衬底16之间。
在“全有机”电致变色设备的情况下，电致变色层和电解质通过包含活性物质的溶液或凝胶所取代，所述活性物质在供应到电极的电功率的效应之下变成有色的。
此外，更通常地，如以上所解释的，本发明不限于电致变色设备而是延伸到包括通过氧化还原作用能够在不同光学传输的两个状态之间可逆地转换的电化学活性介质的任意电化学设备。
因此本发明不限于诸如电致变色设备的在可见范围中起作用的设备，而是也延伸到只在红外范围具有可变光学特性的设备。
从而，通常所述方法因此包括以下步骤：
‑在衬底2上沉积电极涂层（4,12）；和
‑安放至少一个能够在不同光学传输的两个状态之间可逆地转换的电化学活性介质与电极涂层（4,12）接触。
电极涂层（4,12）的材料优选地通过阴极磁控溅射来沉积。
优选地但不是必要地，通过阴极磁控溅射沉积所有固态层以便优化生产装置。
实施例示例
以下多层可以在明净的钠钙硅酸盐玻璃衬底2上生产，所述衬底2具有2.1mm的厚度：
‑掺杂有5 wt%Mo的300nm厚的InMoO层，其在富氧气氛中在300℃的温度和0.4Pa的压力下通过阴极磁控溅射被沉积；
‑在相同沉积条件下通过阴极磁控溅射获得的90nm厚的IrOx层；
‑在相同沉积条件下通过阴极磁控溅射获得的250nm厚的Ta2O5层；
‑在相同沉积条件下通过阴极磁控溅射获得的300nm厚的水合WO3层；和
‑掺杂有1 wt%Mo的300nm厚的InMoO层，其在富氧气氛中在300℃的温度和0.4Pa的压力下通过阴极磁控溅射被沉积。
于是可以和厚度为2.1mm的明净的钠钙硅酸盐玻璃对向衬底16 一起施加层压夹层14，例如配备有电连接装置的0.76mm厚的PU夹层，它们被加热至100℃用于执行层压。
ITO/IMO比较
以下的表1比较由300nm的ITO形成的第一导电层和由300nm的IMO形成的第一导电层的性能。
IMO层是掺杂有1.0wt%Mo的300nm厚的In2O3:Mo层，其在富氧气氛中通过阴极磁控溅射被沉积。ITO层是掺杂有10at%Sn的300nm厚的In2O3层，其在富氧气氛中通过阴极磁控溅射被沉积。
表1
化合物电阻率（Ω.cm）迁移率（cm2.V‑1.s‑1）载流子浓度（cm‑3）太阳能系数gITO1.88×10‑4409×10200.66IMO4×10‑41501×10200.75
结果说明了以上讨论的优点，即IMO导电层比ITO的太阳能系数更好的太阳能系数g，但是更高的电阻率。自由载流子的浓度事实上比ITO情况下低得多。该低浓度部分地被载流子更大的迁移率所补偿。
应当注意的是，在全文中，表达“材料的太阳能系数g”被理解为意指被传输穿过材料的太阳辐射Sλ的部分和被材料吸收并且被重新发射到内部（在与太阳辐射入射到的侧相对的侧上）的太阳辐射Sλ的部分，所述太阳辐射Sλ入射在设备的用于面向太阳光安放的那一侧上。
太阳能系数g的测量是众所周知的并且尤其是由1997的prEN 410标准所定义。在该标准中提及了光源的光谱分布Sλ。
电极也表现出良好的透明度、良好的机械稳定性（抗脱层性）和良好的电化学稳定性（抗腐蚀性）。

资源描述

《具有电可控光学和/或能量传输特性的电化学设备.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《具有电可控光学和/或能量传输特性的电化学设备.pdf（14页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 103339560 A (43)申请公布日 2013.10.02 CN 103339560 A *CN103339560A* (21)申请号 201180066920.8 (22)申请日 2011.12.05 1060153 2010.12.06 FR G02F 1/155(2006.01) (71)申请人法国圣戈班玻璃厂地址法国库伯瓦 (72)发明人 A. 维格 D. 拉明 E. 瓦伦廷 (74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人臧永杰刘春元 (54) 发明名称具有电可控光学和 / 或能量传输特性的电化学设备 (57) 摘。

2、要本发明涉及具有电可控光学和 / 或能量特性的电化学设备（1），其包括第一电极涂层（4）、第二电极涂层（12）和电化学活性介质（6， 10），所述电化学活性介质（6， 10）通过向第一电极涂层（4）和向第二电极涂层（12）供应电功率能够在不同光学传输的第一状态和第二状态之间可逆地转换，电极涂层的材料基于金属氧化物，其具有等于或大于60%、优选地等于或大于80%的光传输系数 D65，并且具有自由载流子浓度，使得材料具有满足（-/2） 1.8m 的吸收光谱，其中是所述材料的等离子体波长并且是吸收光谱在等离子体波长处的半最大值全宽度。

3、。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2013.08.06 (86)PCT申请的申请数据 PCT/FR2011/052870 2011.12.05 (87)PCT申请的公布数据 WO2012/076799 FR 2012.06.14 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页说明书 10 页附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书2页说明书10页附图1页 (10)申请公布号 CN 103339560 A CN 103339560 A *CN103339560A* 1/2 页 2 1. 一种具有电可控光学和 / 或能量特性的。

4、电化学设备（1），是以下类型的，包括： - 包括导电层的第一电极涂层（4）； - 包括导电层的第二电极涂层（12）； - 在第一电极涂层（4）和第二电极涂层（12）之间的电化学活性介质（6,10），所述电化学活性介质（6,10）通过向第一电极涂层（4）和第二电极涂层（12）供应电功率能够在不同光学传输的第一状态和第二状态之间可逆地转换，第一（4）和第二（12）电极涂层中至少一个的至少一个导电层的材料基于金属氧化物，所述材料具有等于或大于60%、优选地等于或大于80%的光传输系数D65，其中所述材料具有自由载流子浓度，使得材料具。

5、有满足（-/2） 1.8m的吸收光谱，其中是所述材料的等离子体波长并且是吸收光谱在等离子体波长处的半最大值全宽度，所述电化学活性介质在针对太阳能系数 g 的对比度的所述等离子体波长处是活性的。 2.如权利要求1中所述的设备（1），其中所述材料具有等于或小于1010-4.cm、优选地等于或小于 510-4.cm 的电阻率。 3. 如权利要求 1 或 2 中所述的设备（1），其中在所述材料中的载流子的迁移率等于或大于 50cm2.V-1.s-1，优选地等于或大于 100cm2.V-1.s-1。 4. 如前述权利要求中任一项所述的设备（1），其中所述材料具有等于。

6、或大于 510-5.cm 的电阻率。 5. 如前述权利要求中任一项所述的设备（1），其中在所述材料中的载流子的浓度等于或小于 51020cm-3，例如等于或小于 21020cm-3，例如等于或小于 11020cm-3。 6. 如前述权利要求中任一项所述的设备（1），其中由所述材料构成的导电层具有等于或小于 1000nm、优选地等于或小于 700nm 的厚度。 7. 如前述权利要求中任一项所述的设备（1），其中由所述材料构成的导电层具有等于或大于 30nm 的厚度。 8. 如前述权利要求中任一项所述的设备（1），其中所述材料基于氧化铟锌（IZO）化合物，。

7、其中锌在 IZO 化合物中的 % 重量含量优选地在 10 和 30% 之间变化。 9. 如权利要求 8 中所述的设备（1），其中所述材料是 IZO。 10. 如权利要求 1 至 7 中任一项所述的设备（1），其中所述材料基于钼掺杂氧化铟（IMO）， Mo在IMO化合物中的%重量含量优选地在0.1%和2.0%之间、优选地在0.3%和1.0% 之间变化。 11. 如前述权利要求中任一项所述的设备（1），其中包括所述材料的电极涂层（4,12）中至少一个包括单一导电层。 12. 如前述权利要求中任一项所述的设备（1），其中第一电极涂层（4）和电化学活性介质（。

8、6,10）在相同衬底（2）上形成，所述电化学活性介质是在第一电极涂层（4）上形成的层，例如无机或聚合物层。 13. 如权利要求 12 中所述的设备（1），包括附加电化学活性介质，所述电化学活性层（6， 10）被安放在两个电极涂层（4,12）之间并且通过电解质（8）分离开。 14. 如权利要求 13 中所述的设备（1），其中所述设备是全固态类型的，所述第一电极涂层（4）在衬底（2）上形成，第一电化学活性层（6）在第一电极涂层（4）上形成，电解质（8）在第一电化学活性层（6）上形成，第二电化学活性层（10）在电解质（。

9、8）上形成，和第二电极涂权利要求书 CN 103339560 A 2 2/2 页 3 层（12）在第二电化学活性层（10）上形成。 15. 如权利要求 14 中所述的设备（1），其中所述设备包括对向衬底（16）和层压夹层（14），所述对向衬底（16）和衬底（2）通过层压夹层（14）被层压在一起使得电化学活性介质（6,10）位于在衬底（2）和对向衬底（16）之间，所述层压夹层（14）优选地引入用于电连接第二电极涂层（12）的装置。 16. 如前述权利要求中任一项所述的设备（1），其中电化学活性介质是电致变色的。 17。

10、. 一种用于制造具有电可控光学和 / 或能量特性的电化学设备（1）的方法，包括以下步骤： - 在衬底（2）上沉积第一导电层以便形成第一电极涂层（4）； - 例如在衬底（2）上或在对向衬底（16）上沉积第二导电层以便形成第二电极涂层（12）；和 - 沉积用于位于第一电极涂层（4）和第二电极涂层（12）之间的电化学活性介质（6,10），所述电化学活性介质通过向第一电极涂层（4）和第二电极涂层（12）供应电功率能够在不同光学传输的第一状态和第二状态之间可逆地转换，其中第一（4）和第二（12）电极涂层中至少一个的至少一个导电层的材料基于金属氧。

11、化物，所述材料具有等于或大于60%、优选地等于或大于80%的光传输系数D65，并且其中所述材料具有自由载流子浓度，使得材料具有满足（-/2） 1.8m 的吸收光谱，其中是所述材料的等离子体波长并且是吸收光谱在等离子体波长处的半最大值全宽度。权利要求书 CN 103339560 A 3 1/10 页 4 具有电可控光学和 / 或能量传输特性的电化学设备技术领域 0001 本发明涉及具有电可控光学和 / 或能量传输特性的电化学设备的领域。背景技术 0002 所涉及的设备具有可以通过适当供电效应修改的传输特性，特别是在某些电磁辐射波长中、尤其是在可见和 / 或红。

12、外辐射波长中的吸收和 / 或反射。传输的改变通常发生在光学（红外、可见、紫外）范围中和 / 或在其他电磁辐射范围中，因此命名为具有电可控光学和 / 或能量传输特性的设备，其中光学范围不一定是仅有的考虑范围。 0003 从热的观点，其传输可以在至少部分太阳光谱内被调节的装配玻璃当其作为外部装配玻璃被安装在建筑中或者作为窗户被安装在包括汽车、铁路车辆、飞机等等的类型的运输装置中时允许控制进入房间或乘客区域 / 车厢的太阳热输入，并且因此当其上有强烈的阳光时所述装配玻璃允许防止后者过度变热。 0004 从光学观点，装配玻璃允许控制视觉的程度，从而当它作为外部装配玻璃。

13、被装配时当有强烈阳光时使得有可能防止眩光。它作为外部装配玻璃和如果它作为内部装配玻璃被使用例如用于装备房间（建筑中的办公室）之间的内部隔断或例如用于隔离铁路车辆或飞机中的车厢，也都可以具有特别有利的百叶窗效应。 0005 这些设备包括两个电极涂层，在该电化学活性介质或多个介质的任一侧分别一个。向电极涂层的端子的电势施加控制至少一个电化学活性介质的光学和 / 或能量传输的改变。 0006 获得具有电可控光学和 / 或能量传输特性而在大面积（例如大于 1m2）上没有可见光学缺陷的电致变色层、或更通常地电化学活性介质是困难的，其状态的变化在宽温度范围上是迅速的并且其在。

14、两个状态之间的对比度随时间推移基本保持恒定（持久性）。 0007 与例如由 IrOx或 NiOx所制成的阳极电致变色层相组合的、由 HxWO3所制成的阴极电致变色层已经被证明是特别有前景的并且已经在文献中被广泛描述。 0008 这些电致变色层在他们的透明状态表现出良好的透明度并且在他们的有色状态表现出良好的着色，使得当电致变色设备被集成进装配玻璃时其使得有可能调节穿过装配玻璃的光传输，即电磁波在可见范围中的传输。 0009 为了调节光传输，通常期望在设备的两个状态之间高的光传输对比度。 0010 因为太阳能穿过设备的传输在有色状态比透明状态低，电致变色设备也使得有可能以电。

15、可控方式调整穿过装配玻璃的热输入（或能量传输）。 0011 为了调节穿过具有电可控光学和 / 或能量传输特性的电化学设备的太阳热输入，因此寻求改善设备在透明状态的太阳能系数 g（设备的太阳能系数 g 对应于设备的太阳能量透过率，例如由 1997 的 prEN 410 标准所定义的）和在有色状态的太阳能系数 g 之间的对比度是有用的。发明内容说明书 CN 103339560 A 4 2/10 页 5 0012 本发明的一个目的是提供具有电可控光学和 / 或能量传输特性的电化学设备，所述电化学设备具有良好的光传输对比度和太阳能系数 g 的良好对比度。 0013 为此，本。

16、发明的一个目的是具有电可控光学和 / 或能量特性的电化学设备，其是以下类型，包括： - 包括导电层的第一电极涂层； - 包括导电层的第二电极涂层；和 - 在第一电极涂层和第二电极涂层之间的电化学活性介质，电化学活性介质通过向第一电极涂层和第二电极涂层供应电功率能够在不同光学传输的第一状态和第二状态之间可逆地转换，第一和第二电极涂层中至少一个的至少一个导电层的材料基于金属氧化物，所述材料具有等于或大于60%、优选地等于或大于80%的光传输系数D65，其中所述材料具有自由载流子浓度，使得材料具有满足（-/2） 1.8m的吸收光谱，其中是所述材料的等离子体波长。

17、并且是吸收光谱在等离子体波长处的半最大值全宽度。 0014 根据本发明的设备在接受电极的任意更低传导率并且因此设备状态的任意不太快变化时，由于电磁辐射穿过电极的良好能量传输使得有可能提高设备的太阳能系数 g 的对比度，而由于电极在可见范围的高透明度仍然使得有可能保持良好的光传输对比度。 0015 本发明的一个新方面来源于通过明智选择电极实现此目的的事实。 0016 特别地，对于此类设备的研究工作通常首先旨在改善穿过设备的光传输的对比度。 0017 本发明将获得良好光传输对比度的可能性看作约束，但是更特别旨在改善能量传输（太阳能系数 g）方面的对比度，即在于改善对于整个太。

18、阳光谱、更特别地对于可见范围和近红外的对比度。 0018 此外，为达到此结果，本发明旨在改善穿过电极的能量传输，具有保持电极透明的约束，即在可见（光传输）范围中具有良好的光学传输系数。 0019 在现有技术中，通常通过在衬底上沉积一个或多个导电层来获得电极涂层。这些通常是无机层，例如掺杂有金属的金属氧化物层和 / 或金属层。 0020 用于选择这些电极涂层的材料通常所考虑的约束尤其是传导率、在可见范围中的透明度、机械和电化学稳定性、沉积的容易度、成本和持久性。 0021 找到满足所有这些准则的材料是困难的。 0022 根据本发明的设备尤其是由于在（在 0.8。

19、和 2m 之间的）近红外范围中的更好的光传输，使得有可能获得太阳电磁辐射穿过电极的极好能量传输，其中太阳能系数 g 的值等于或大于 0.70。 0023 电极的材料的传导率可能低于例如由 ITO 所制成的已知电极的传导率，但是这个可能的缺点是已接受的。 0024 选择满足这些特性并且对电化学腐蚀具有极好抗性的材料也是可能的，所述电化学腐蚀很有可能是由活性介质和施加到电极端子的电势所引起的。这是因为电化学设备是特别有腐蚀性的。 0025 根据本发明的特定实施例，所述设备包括单独地或根据任意技术上可能的组合所采取的一个或多个以下特征：说明书 CN 1033395。

20、60 A 5 3/10 页 6 - 所述材料具有等于或小于 1010-4.cm、优选地等于或小于 510-4.cm 的电阻率； - 在所述材料中载流子的迁移率等于或大于 50cm2.V-1.s-1，优选地等于或大于 100cm2. V-1.s-1； - 所述材料具有等于或大于 510-5.cm 的电阻率； - 在所述材料中的载流子浓度等于或小于 51020cm-3，例如等于或小于 21020cm-3，例如等于或小于 11020cm-3； - 由所述材料构成的导电层具有等于或小于 1000nm、优选地等于或小于 700nm 的厚度； - 由所述材料构成的导电层具有等于或大于。

21、 30nm 的厚度； - 所述材料基于氧化铟锌（IZO）化合物，其中锌在 IZO 化合物中的 % 重量含量优选地在 10 和 30% 之间变化； - 所述材料是 IZO ； - 所述材料基于钼掺杂氧化铟（IMO），其中 Mo 在 IMO 化合物中的 % 重量含量优选地在 0.1% 和 2.0% 之间、优选地在 0.3% 和 1.0% 之间变化； - 包括所述材料的电极涂层中的至少一个包括单一导电层； - 第一电极涂层和电化学活性介质在相同衬底上形成，其中电化学活性介质是在第一电极涂层上形成的层，例如无机或聚合物层； - 所述设备包括附加电化学活性介质，其中电化学。

22、活性层被安放在两个电极涂层之间并且通过电解质分离开； - 所述设备是全固态类型的，所述第一电极涂层在衬底上形成，第一电化学活性层在第一电极涂层上形成，电解质在第一电化学活性层上形成，第二电化学活性层在电解质上形成，和第二电极涂层在第二电化学活性层上形成； - 所述设备包括对向衬底和层压夹层，所述对向衬底和衬底通过层压夹层被层压在一起使得电化学活性介质位于衬底和对向衬底之间，其中层压夹层优选地引入用于电连接第二电极涂层的装置；和 - 电化学活性介质是电致变色的。 0026 本发明的另一个目的是包括上述设备的装配玻璃，例如建筑装配玻璃或汽车装配玻璃。 0027 。

23、本发明又一个目的是用于制造具有电可控光学学和 / 或能量特性的电化学设备的方法，包括以下步骤： - 在衬底上沉积第一导电层以便形成第一电极涂层； - 例如在衬底上或在对向衬底上沉积第二导电层以便形成第二电极涂层；和 - 沉积用于位于第一电极涂层和第二电极涂层之间的电化学活性介质，所述电化学活性介质通过向第一电极涂层和第二电极涂层供应电功率，能够在不同光学传输的第一状态和第二状态之间可逆地转换，其中第一和第二电极涂层中至少一个的至少一个导电层的材料基于金属氧化物；所述材料具有等于或大于60%、优选地等于或大于80%的光传输系数D65，并且其中所述材料具有自由载流子浓。

24、度，使得材料具有满足（-/2） 1.8m 的吸收光谱，其中说明书 CN 103339560 A 6 4/10 页 7 是所述材料的等离子体波长并且是吸收光谱在等离子体波长处的半最大值全宽度。 0028 根据本发明的特定实施例，所述方法具有以单独地或根据任意技术上可能的组合所采取的一个或多个以下特征： - 所述材料具有等于或小于 1010-4.cm、优选地等于或小于 510-4.cm 的电阻率； - 在所述材料中载流子的迁移率等于或大于 50cm2.V-1.s-1，优选地等于或大于 100cm2. V-1.s-1； - 所述材料具有等于或大于 510-5.cm 的电阻。

25、率； - 在所述材料中的载流子浓度等于或小于 51020cm-3，例如等于或小于 21020cm-3，例如等于或小于 11020cm-3； - 由所述材料构成的导电层具有等于或小于 1000nm、优选地等于或小于 700nm 的厚度； - 由所述材料构成的导电层具有等于或大于 30nm 的厚度； - 所述材料基于氧化铟锌（IZO）化合物，其中锌在 IZO 化合物中的 % 重量含量优选地在 10 和 30% 之间变化； - 所述材料是 IZO ； - 所述材料基于钼掺杂氧化铟（IMO），其中 Mo 在 IMO 化合物中的 % 重量含量优选地在 0.1% 和 2.0%。

26、之间、优选地在 0.3% 和 1.0% 之间变化； - 包括所述材料的电极涂层中的至少一个包括单一导电层； - 第一电极涂层和电化学活性介质在相同衬底上沉积，其中电化学活性介质是在第一电极涂层上沉积的层，例如无机或聚合物层； - 所述设备包括附加电化学活性介质，所述电化学活性层被安放在两个电极涂层之间并且通过电解质分离开； - 所述设备是全固态类型的，其中在衬底上沉积第一电极涂层，在第一电极涂层上沉积第一电化学活性层，在第一电化学活性层上沉积电解质，在电解质上沉积第二电化学活性层，和在第二电化学活性层上沉积第二电极涂层； - 所述设备包括对向衬底和层压夹层。

27、，所述方法包括通过层压夹层层压对向衬底和衬底的步骤，这个步骤包括层压夹层在第二电极涂层上的沉积以及对向衬底在层压夹层上的沉积，和加热设备到大约 100的温度的后续步骤；和 - 电化学活性介质是电致变色的。附图说明 0029 从阅读仅仅通过示例给出的并且参考附图做出的以下描述时会更好地理解本发明，其中图 1 是根据本发明的电化学设备的示意性横截面视图。 0030 在全文中，表达 “在层 B 上形成（或沉积）的层 A” 被理解为意指层 A 要么直接在层 B 上形成并且因此与层 B 接触，要么以在层 A 和层 B 之间插入一个或多个层地在层 B 上形成。具体实施方式。

28、说明书 CN 103339560 A 7 5/10 页 8 0031 图 1 通过非限制性示例说明了电致变色类型的电化学设备 1，即包括至少一个电化学活性介质的设备，所述电化学活性介质的光传输通过向电极涂层的端子供应电功率和活性介质的氧化还原作用是可逆地电可控的。 0032 为了提供清楚的表示，图不是依比例绘制的，因为在例如衬底和其他层之间厚度的差别是巨大的，例如相差大约 500 倍。 0033 所述电化学设备是全固态类型的，即其功能系统由具有足够机械强度以使得所有被沉积在同一衬底上并且粘附在那的（电极 + 活性介质）层构成。为此，所述功能系统的层是例如无机的或。

29、由足够机械强度的诸如 PEDOT 的某些有机材料所制成。 0034 然而，通常本发明首先不限于在可见范围起作用的设备，诸如电致变色设备。作为变型，他们可以例如是在红外范围（在 0.8 和 1000m 之间）并且不一定在可见范围（在 0.4 和 0.8m 之间）起作用的设备。 0035 其次，所述电化学设备是任意适合类型的并且不一定是全固态类型的。它可以例如是有机电化学设备，即以下设备，其中电化学介质基于有机凝胶或溶液。它也可以是混合电化学设备，即以下设备，其中电化学介质是固态层（无论无机的或由聚合物材料所制成）并且其中分离电化学层的电解质基于有机凝胶或溶液。

30、。 0036 例如 US-5 239 406 和 EP-A-0 612 826 描述了有机电致变色设备。 0037 EP-0 253 713、 EP-0 670 346、 EP-0 382 623、 EP-0 518 754 和 EP-0 532 408 描述了混合电致变色设备。 0038 EP-0 831 360 和 WO-A-00/03290 描述了全固态电致变色设备。 0039 “全固态” 设备特别地具有使得衬底的数目最小化的优点。 0040 此外，无机层通常具有良好的（大于 10 年的）持久性，这在建筑应用中是必然的优点。 0041 所说明的电致变色设备 1 按以下顺序包括。

31、： - 衬底 2 ； - 功能系统 3，包括：在衬底 2 上形成的第一电极涂层 4，在第一电极涂层 4 上形成的第一电致变色层 6，在第一电致变色层 6 上形成的电解质 8，在电解质 8 上形成的第二电致变色层 10，和在第二电致变色层 10 上形成的第二电极涂层 12， - 安放在功能系统 3 上的层压夹层 14 ；和 - 覆盖功能系统 3 并且通过层压夹层 14 被层压到衬底的对向衬底 16。 0042 以上设备是全固态类型的层压电致变色设备。 0043 作为变型，全固态电致变色设备不是层压的。例如，对向衬底通过一层例如氩的气体从衬底和从功能系统被分离开。 00。

32、44 在电极涂层之间施加第一电势导致诸如 H+或 Li+的离子嵌入（insertion）进第一电致变色层 6 和离子从第二电致变色层 10 脱嵌（dsinsertion），导致功能系统 3 的着色。 0045 异号电势的施加导致相同离子从第一电致变色层 6 脱嵌和离子嵌入进第二电致变色层 10，导致系统 3 的漂白。说明书 CN 103339560 A 8 6/10 页 9 0046 通常，设备包括两个电极涂层和在所述两个电极涂层之间的至少一个电化学活性介质。向电极涂层的端子施加电势确保电化学活性介质经历氧化还原作用。 0047 应当注意的是，在全文中，表达 “电。

33、极涂层” 被理解为意指包括至少一个电子导电层的供电涂层，即以下涂层：其中通过电子的迁移率提供导电性，要和由离子的迁移率产生的导电性区别开。 0048 电极涂层由特定材料所制成。所述材料基于金属氧化物并且具有等于或大于 60% 或甚至等于或大于 80% 的光传输系数 D65。 0049 应当注意的是，在全文中，表达 “材料的光传输系数 D65” 被理解为意指被传输穿过材料的光源的光部分 D65( 也就是说没有被材料吸收并且没有在其两个界面上被反射 )。 0050 光传输系数 D65的测量是众所周知的并且特别由 1997 的 prEN 410 标准所定义。光源的光分布 D65是。

34、在该标准中提及的光分布。 0051 此外，材料具有自由载流子浓度，使得材料具有满足（-/2） 1.8m 的吸收光谱，其中是所述材料的等离子体波长并且是吸收光谱在等离子体波长处的半最大值全宽度。 0052 在透明导电氧化物的情况下，等离子体波长是对应于在高于700nm的范围中穿过材料（见 1997 的 prEN 410 标准）的太阳辐射 S的最大吸收的波长。这是在全文中所使用的等离子体波长的定义。 0053 半最大值全宽度（或 FWHM）根据定义是在自变量的两个极值之间的差，针对其而言，因变量等于其最大值（也就是说吸收光谱在等离子体波长的任一侧上、最接近等。

35、离子体波长的两点之间的横坐标距离）的一半，并且针对其而言，吸收等于在等离子体波长处的吸收的 50%。 0054 在使得（-/2） 1.8m 的吸收光谱情况下，材料大大地限制具有在中和远红外、更特别地在 2 和 100m 之间的波长的电磁波的传播。 0055 另一方面，所述材料允许具有在可见范围（在 0.4 和 0.8m 之间）和在近红外（在 0.8 和 2m）的波长的电磁波的传播。 0056 通过材料中自由载流子的适合浓度获得了这些特性。 0057 在材料中载流子的浓度例如等于或小于 51020cm-3，例如再次等于或小于 21020cm-3，再次例如等于或小于。

36、 11020cm-3。 0058 然而对于每种材料必须适当地选择自由载流子的浓度。 0059 在所述材料中的自由载流子具有足够的迁移率以便所述材料具有等于或小于 1010-4.cm、优选地等于或小于 510-4.cm 的电阻率。 0060 在材料中的载流子的迁移率优选地等于或大于 50cm2.V-1.s-1，优选地等于或大于 100cm2.V-1.s-1。 0061 这是因为具有相对低的自由载流子浓度的材料是优先用于获得期望的等离子体波长的，即使它需要选择较低传导率的材料。然而，在具有低的自由载流子浓度的材料之中，具有相对高的自由载流子迁移率的材料是优先的。 0062 以下所列的。

37、材料使得能够获得特定吸收光谱特征。 0063 以下所述的材料是以 410-4.cm 的电阻率获得的。 0064 具有 300nm 厚度的层使得有可能获得用于设备的良好操作的足够低的薄板电阻。说明书 CN 103339560 A 9 7/10 页 10 更小的厚度是可能的，但是于是设备的状态的改变速度可能大大地退化（假定电极涂层只包括单一导电层）。 0065 此外，增加层的厚度不线性降低层的光传输系数，因为光传输系数取决于吸收系数和反射系数。吸收系数取决于层的厚度而反射系数相对地独立于层的厚度。 0066 因此等于或大于 300nm 而不超过 400nm 的厚度是优选的。 0。

38、067 若干材料是适合的。 0068 材料例如基于 IZO，例如由 100% IZO 构成。优选地， IZO 具有在 10 和 30% 之间的、锌相对于氧化铟的 % 重量含量。 0069 这样的材料使得有可能获得期望的自由载流子浓度。自由载流子的迁移率例如大于 50cm2.V-1.s-1，例如等于或大于 100cm2.V-1.s-1。 0070 其他可能的材料基于 In2O3:Mo，即钼掺杂氧化铟。 0071 更准确地，钼掺杂的水平优选地在0.1%和2.0%之间，优选地在0.3%和1.0%之间，因此所述材料具有等于或大于 100cm2.V-1.s-1的自由载流子迁移率。 00。

39、72 在所选示例中，第二电极涂层12是和第一电极涂层4本质相同的。然而，不言而喻可以独立地选择电极涂层 4 和 12 的材料，并且他们之一可以例如从通常所使用的诸如 ITO 和 SnO2:F 的材料中选择。 0073 关于在示例中所说明的 “全固态” 多层，第二电极涂层 12 被沉积在第二电致变色层 10 上。 0074 以下针对本发明的实施例示例将描述设备 1 的其他元件。 0075 第一电致变色层6的材料在离子从第二电致变色层10脱嵌期间嵌入离子，并且在离子嵌入进第二电致变色层 10 期间脱嵌离子。 0076 第一电致变色层 6 是例如阳极类型的，而第二电致变色层 10。

40、是阴极类型的，使得所述材料可以在离子嵌入 / 脱嵌期间同时变成有色的和漂白的。 0077 第一电致变色层 6 的材料是例如从 HxIrOy或 HxNiOy、即水合氧化铱或水合氧化镍中选择的。 0078 第一电致变色层 6 在此是被沉积在电极涂层 4 上的，其对于 “全固态” 或 “混合” 电致变色设备总是如此。 0079 当有关于阴极着色电致变色材料时，第二电致变色层 10 的材料是例如 HxWO3，即水合氧化钨。 0080 在 “全固态” 设备的情况下，第二电致变色层在此是被沉积在电解质 8 上的。 0081 然而，作为变型，设备是 “混合” 类型的并且第二电致变色。

41、层 10 和第二电极涂层 12 一起在对向衬底 16 上形成。 0082 在以上示例中所给出的层 6 和 10 通过改变吸收系数起作用。 0083 作为变型，电致变色层 6 和 / 或电致变色层 10 由通过改变反射系数而起作用的电致变色材料所制成。在这种情况下，至少一个层基于稀土元素（钇或镧），或镁 Mg 和过渡金属的合金，或半金属（诸如可能掺杂有例如钴 Co、锰 Mn 等的锑 Sb），而其他层可能是如上通过改变吸收系数起作用的电致变色层（例如 WO3）或仅仅是非电致变色离子存储层。 0084 此外，两个电致变色层 6 和 10 之一不一定是电致变色的，也就。

42、是说它不一定提供显著的光学改变效应。通常，在电致变色系统的情况下，有电致变色层和用于存储嵌入离子说明书 CN 103339560 A 10 8/10 页 11 的离子存储层，该离子存储层可选择地是电致变色的。非电致变色离子存储材料的示例是 CeO2( 氧化铈 )。 0085 电解质层 8 是由任意适合类型的材料所制成，用于当仍然是电子绝缘的时候确保嵌入离子的迁移率。 0086 这可以例如是具有在1nm和1微米之间、例如在100nm和400nm之间的厚度的Ta2O5 层。 0087 作为变型，电解质 8 包括多个层，例如在阳极电致变色层侧的基于氧化钽的层和基于氧化钨的。

43、层。 0088 在如上所述的电致变色层的情况下嵌入离子是例如 H+。作为变型，在电致变色系统的情况下，这些可以是 Li+或 Na+或 K+离子，或其他碱金属离子。 0089 同样作为变型，电化学设备 2 是全有机类型的。在这种情况下，衬底和对向衬底只配备有电极涂层 4 和 12。活性介质位于两个电极涂层之间并且与两个电极涂层接触。 0090 活性介质是例如电致变色溶液或凝胶。 0091 无论什么电化学活性介质（不管全固态或有机的），特别在装配玻璃的情况下，衬底 2 是具有玻璃功能的薄板。 0092 所述薄板可以是平的或弯曲的并且可以具有任意尺寸，尤其至少一个尺寸大于。

44、1 米。 0093 有利地，这是玻璃薄板。 0094 所述玻璃优选地是钠钙硅酸盐类型的，但是也可以使用诸如硼硅酸盐玻璃的其他类型的玻璃。所述玻璃可以是明净或超明净的或着色的，例如着蓝色、绿色、琥珀色、青铜色或灰色的。 0095 所述玻璃薄板的厚度通常在 0.5 和 19mm 之间，尤其在 2 和 12mm 之间，例如在 4 和 8mm 之间。所述玻璃也可以是具有等于或大于 50m 的厚度的玻璃薄膜（在这种情况下，例如通过卷对卷方法沉积 EC 多层和 TCO/TCC 电极涂层）。 0096 作为变型，衬底 2 由例如塑料的柔性透明材料所制成。 0097 于是在层。

45、4 至 12 已经被沉积之后，配备有诸如导线的电连接装置的层压夹层 14 被施加到衬底 2 上。所述层压夹层 14 是例如由 PU（聚氨酯）所制成的。这提供了在衬底 2 和对向衬底 16 之间的粘附以便获得层压的装配玻璃。 0098 不言而喻，层压夹层 14 对于保护电致变色层是非必要的，并且可以不存在。于是对向衬底 16 有利地从功能系统 3 被间隔开并且夹层气体充满衬底 4 和对向衬底 16 之间的空间。 0099 尤其是在装配玻璃的情况下，对向衬底 16 是具有玻璃功能的薄板。 0100 所述薄板可以是平的或弯曲的并且可以具有任意尺寸，尤其至少一个尺寸大于 1 米。 01。

46、01 有利地，这是玻璃薄板。 0102 所述玻璃优选地是钠钙硅酸盐类型的，但是也可以使用诸如硼硅酸盐玻璃的其他类型的玻璃。所述玻璃可以是明净或超明净的或着色的，例如着蓝色、绿色、琥珀色、青铜色或灰色的。 0103 所述玻璃薄板的厚度通常在 0.5 和 19mm 之间，尤其在 2 和 12mm 之间，例如在 4 和说明书 CN 103339560 A 11 9/10 页 12 8mm 之间。所述玻璃也可以是具有等于或大于 50m 的厚度的玻璃薄膜（在这种情况下，例如通过卷对卷方法沉积 EC 多层和 TCO/TCC 电极涂层）。 0104 作为变型，对向衬底。

47、16 是由诸如塑料的柔性透明材料所制成。 0105 本发明的目的不仅是上述设备 1 而且也是包括设备 1 的装配玻璃。这可以例如是建筑多重装配玻璃，其例如包括层压装配玻璃或用于汽车的单一层压装配玻璃。 0106 应当注意的是，表达 “多重装配玻璃” 被理解为意指包括通过气体夹层被间隔开和分离开的多个装配玻璃的组装。 0107 事实上，设备 1 有具有足够高的抗脱层性的优点，其归因于要集成进层压装配玻璃和甚至弯曲装配玻璃的层的材料的选择。 0108 本发明的目的也是用于制造设备 1 的方法。 0109 在 “全固态” 设备的情况下，所述方法包括以下步骤： - 在衬底 2 上沉积。

48、第一电极涂层 4 ； - 在第一电极涂层 4 上沉积第一电致变色层 6 ； - 在第一电致变色层 6 上沉积电解质 8 ； - 在电解质 8 上沉积第二电致变色层 10 ；和 - 在第二电致变色层 10 上沉积第二电极涂层 12。 0110 作为变型，电致变色层之一不变成有色的而是只充当离子存储的作用。 0111 在混合设备的情况下，第一电极涂层 4 和第一电致变色层 6 是被沉积在衬底 2 上的，而第二电极涂层 12 和第二电致变色层 10 是被沉积在对向衬底 16 上的。于是电解质 8 被安放在衬底 4 和对向衬底 16 之间。 0112 在 “全有机” 电致变色设备的情况下，电致变色层和电解质通过包含活性物质的溶液或凝胶所取代，所述活性物质在供应到电极的电功率的效应之下变成有色的。 0113 此外，更通常地，如以上所解释的，本发明不限于电致变色设备而是延伸到包括通过氧化还原作用能够在不同光学传输的两个状态之间可逆地转换的电化学活性介质的任意电化学设备。 0114 因此本发明不限于诸如电致变色设备的在可见范围中起作用的设备，而是也延伸到只在红外范围具有可变光学特性的设备。 0115 从而，通常所述方法因此包括以下步骤： - 在衬底。

展开阅读全文