[发明专利]含有颜色可调谐纳米结构的电致变色装置

说明书

一种电致变色装置和方法，所述装置包括：第一透明导体层；被设置在所述第一透明导体层上并包括纳米结构的工作电极；反电极；被设置在所述反电极与所述工作电极之间的固态电解质层；以及被设置在所述反电极上的第二透明导体层。所述纳米结构可以包括被配置为通过随施加到所述装置的电压的变化选择性地调制近红外NIR和可见光辐射的透射率来调谐所述装置的颜色的过渡金属氧化物纳米颗粒和/或纳米晶体。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年8月26日提交的美国临时申请序列号62/209,952，2015年10月2日提交的美国非临时申请序列号14/873,884以及2016年5月16日提交的美国临时申请序列号62/336,954的优先权，上述申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明大体上涉及电致变色装置，并且更具体地涉及作为施加到电致变色装置中的纳米结构材料的电压的函数选择性调制辐射的透射率。

背景技术

住宅和商业建筑物代表提高美国能源效率和可持续性的主要机会。仅建筑业就占了美国年能源消耗量的40％(总计100个中40千万亿BTU，或“quads”)，占全球能源消耗的8％。照明和热管理每个代表了典型建筑物内使用能源的约30％，这相当于美国年能源消耗量每个约12quads。窗户覆盖美国约2,500平方公里的估计面积，是建筑能效的关键组成部分，因为它们强烈地影响进入建筑物的自然光线量和日照量。通过使用廉价的静电涂层来提高窗户能效，最近取得了进展，这种涂层可以在寒冷气候下保持热量(低发射率膜)或在温暖气候下抑制太阳能热量增加(近红外抑制膜)。

目前，静态窗户涂层可以相对低的成本制造。然而，这些窗户涂层是静态的，并且不非常适合于具有不同气候的地点。电致变色(EC)窗户涂层通过增强所有气候下的窗户性能来克服这些限制。EC窗户涂层在施加的电势驱动时经历光学性质的可逆变化。传统的EC材料(例如WO₃、Nb₂O₅和NiO)主要调制可见光谱区域中的辐射，而近红外(NIR)光谱区域中的辐射保持不变或者与光的可见区域同时切换。此外，因为重复暴露于紫外线(UV)光谱区域中的辐射，所以电致变色材料的性能可能由于使用随时间而降低。

发明内容

本公开的示例性实施例涉及一种电致变色装置，其包含：第一透明导体层；被设置在第一透明导体层上且包含纳米结构的工作电极，所述纳米结构包含基于纳米结构的总重量的至少40重量％，例如约40至约95重量％的无定形氧化铌纳米颗粒和60重量％或更少，例如约60至约5重量％的氧化钨纳米颗粒，例如具有立方晶格结构的铯掺杂的氧化钨纳米颗粒或者未掺杂的缺氧的氧化钨纳米颗粒。例如，工作电极可包括基于纳米结构的总重量的约40至约80重量％的无定形氧化铌纳米颗粒和约60至约20重量％的具有立方晶格结构的铯掺杂的氧化钨纳米颗粒，或约85至约95重量％的无定形氧化铌纳米颗粒和约5至约15重量％的未掺杂的缺氧的氧化钨纳米颗粒；反电极；被设置在反电极与工作电极之间的固态电解质层；以及被设置在反电极上的第二透明导体层。

本公开的示例性实施例涉及一种电致变色装置，其包含：第一透明导体层；被设置在第一透明导体层上并且包含纳米结构的工作电极，所述纳米结构被配置使得电致变色装置在明亮模式下透射第一颜色的光以及在黑暗模式下透射第二颜色的光；反电极；被设置在反电极与工作电极之间的固态电解质层；以及被设置在反电极上的第二透明导体层，其中第一颜色和第二颜色中的至少一个被设置在具有约零至约-4.0范围的A*颜色坐标和约4.0至约-2.0范围的B*颜色坐标的第一Lab颜色坐标框中。Lab颜色坐标是指CIELAB颜色空间中的坐标。

本公开的示例性实施例涉及一种操作电致变色装置的方法，其包含：在明亮模式下操作装置，使得装置透射第一颜色的光；以及在第二模式下操作装置，使得装置透射第二颜色的光，其中第一颜色和第二颜色中的至少一个被设置在具有约零至约-4.0范围的A*颜色坐标和约4.0至约-2.0范围的B*颜色坐标的第一Lab颜色坐标框中。

附图说明