[发明专利]同时掺杂有锂和金属掺杂物的电致变色的镍氧化物

说明书

本申请是申请日为2012年7月20日，申请号为201280046248.0，发明名称为“同时掺杂有锂和金属掺杂物的电致变色的镍氧化物”的申请的分案申请。

合同起源

在美国能源部和可持续能源联盟有限责任公司、国家可再生能源实验室的管理员和操作员之间的DE-AC36-08GO28308号合同之下，美国政府在本发明中享有权利。

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年7月21日提交的、申请号为61/510,381的美国临时专利申请的申请日的利益，其全文以引用的方式合并入本文中。

技术领域

本发明涉及同时掺杂有锂和金属掺杂物的电致变色的镍氧化物。

背景技术

已知某些材料(指电致变色材料)会响应电势的施加而改变它们的光学特性。这种特性已经被利用来制造电致变色装置，这些装置可以被控制来选择性地传输光能量。

许多因素会影响电致变色装置的运行。对电致变色装置能够变得多黑的一个限制是，在对电极层中能够储存多少电荷。关于这点，术语“电荷(charge)”指每单位面积的电子电荷的量、或电子的量，以及平衡每单位面积的锂离子的等效的、相应的电荷的量，它可以以毫库仑每平方厘米(mC/cm²)为单位而被方便地表示。已经存在许多方法来制造电荷存储介质，但是大部分注意力都集中在这样的薄层：它与电致变色材料层平行地沉积，并且由离子导电层分隔。

迄今为止，大部分对电极层都是使用NiO、LiNiO或其被掺杂的变形而制造的。使用NiO和LiNiO材料的一个优点是，在仔细的准备条件下，对电极可以被制备使得它显示阳极的电致变色，且具有良好的电致变色效率和较高的漂白状态光透射率。在这里，术语“电致变色效率”指每单位面积转移的每电荷量的光密度的调制。遗憾的是，难以将锂嵌入进基于NiO的材料，这是因为材料的紧凑的晶体结构。因此，必须对这些材料施加更高的电压以嵌入锂，从而在相当快的速率下驱动电致变色响应，这会导致不希望的副反应。

其他方法采用质子或氢离子来代替锂离子，以作为平衡抗衡离子的电荷，以用于着色机制。这些方法可以使用包含氢氧化镍、或铱的氧化物和其他含铱的混合物的对电极层。通常还需要水性介质以提供质子的合适来源。虽然在水性介质中制造能够阳极着色的对电极层是相对容易的，但是难以制造能够长期稳定的完整装置。因此，更优选使用基于锂嵌入的系统。

用于具有锂的对电极应用的典型材料是氧化钒，它是形成和在氧化钨系统中看到的相似的晶体结构的材料。氧化钒的开放的晶格使得锂嵌入与在基于NiO的结构相比更加容易。但是，钒离子的存在导致强烈的黄色的产生。该黄色只由锂嵌入轻微地调制，并且在大部分可见光区域表现出合理的阴极电致变色效应，因此限制使用该材料作为对电极层能够达到的最大透射率。人们尝试通过用其他组分掺杂氧化钒来降低着色的程度，这通过降低对电极层的电荷能力而降低了电致变色效率。这种掺杂以降低光学密度调制的范围为代价而形成了具有更高漂白状态透射率的装置。

仍然需要改进的电致变色涂层，特别是包含固态的、无机的薄膜以及金属氧化物或含有金属氧化物的薄膜的电致变色涂层。

前述相关领域的例子和其中涉及的限制是说明性的而非排他性的。在阅读本说明书以及研究附图之后，相关领域的其他限制会对于本领域技术人员来说变得清晰。

发明内容

以下实施例及其方面是结合系统、工具和方法来描述和说明的，它们是示例性和说明性的，并不限定范围。在多个实施例中，减少或消除了上述问题中的一个或多个，而其他实施例则指向其他改进。

示例性的实施例描述了一种电致变色装置，该装置包含由混合氧化物组成的对电极。在一些实施例中，所述电致变色装置由五个连续的层组成，这些层包含两个导电层、一个电致变色层、一个离子导体层以及一个对电极层。