[发明专利]一种全固态电致变色器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种全固态电致变色器件及其制备方法，全固态电致变色器件包括：透明基底；以及依次形成所述透明基底上的第一透明导电层、镍酸锂离子储存层、离子传导层、电致变色层和第二透明导电层；所述镍酸锂离子储存层为镍酸锂薄膜，且该镍酸锂薄膜的内部锂离子沿薄膜厚度方向以0～50at%的浓度梯度分布。

技术领域

本发明涉及一种全固态电致变色器件及其制备方法，特别涉及一种含有锂梯度分布的镍酸锂离子储存层的全固态电致变色器件及其制备方法，属于电致变色器件领域。

背景技术

能源是维持国家经济持续发展、保障人民物质生活水平的重要基础。如今，能源短缺、环境污染等问题日益严峻，科学家在开发新能源的同时也在努力寻找节能降耗的方法。建筑是人类进行生产生活活动的主要场所之一，在人类生产生活总能耗中，建筑能耗占有很大比例，而在建筑能耗中，用于改善建筑舒适度的照明和空调系统的能耗，在建筑总能耗中所占的比例超过75％。这两部分的能耗都与门窗玻璃有关，因此开发具有节能效果的建筑玻璃是实现建筑节能的重要途径。目前的建筑玻璃控制能量损失的方式是静态的，例如在红外波段具有高反射率的Low-E玻璃，能阻止红外线透过窗户；中空玻璃，利用空气导热系数低来减少室内外之间的传导散热。上个世纪80年代，科学家基于电致变色材料，提出了“智能窗”的概念——一种主动调控可见和近红外透射光线强弱的建筑窗体结构材料，能够根据室内外环境的差异动态调节射入室内光线的强弱，减少空调和照明系统的使用，与Low-E、中空玻璃组合在一起可以达到更好的节能效果。电致变色材料的性能决定了“智能窗”调节光线能力的强弱，电致变色材料也因此引起了广泛的重视。

电致变色是指材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。利用电致变色材料制备的电致变色器件广泛运用于各种领域，如：电致变色智能玻璃在电场作用下具有光吸收透过的可调节性，可选择性地吸收或反射外界的热辐射和减少内部的热扩散，减少办公大楼和民用住宅在夏季保持凉爽和冬季保持温暖而必须消耗的大量能源。同时起到改善自然光照程度、防窥的目的，解决现代不断恶化的城市光污染问题。电致变色玻璃通常组成结构为5层，分别为透明导电层、离子储存层、离子传导层(电解质)、电致变色层、透明导电层等。典型的电致变色器件一般由透明基材及在透明基材上依次形成的第一透明导电层、离子储存层(或称对电极层)、离子传导层(或称电解质层)、电致变色层、第二透明导电层和保护层构成。其中，为了提升器件的电致变色性能，通常选用同样具有电致变色性能但与电致变色层材料着色机理相反的材料，因此离子储存层不仅承担了加载电压过程中储存与释放离子的功能，自身也发生电致变色现象。所以，离子储存层的结构与制备是保证器件性能最重要的技术之一。

目前通常研究地较为广泛的离子储存层为氧化镍，常与三氧化钨构成摇椅式的电致变色器件，因此也将氧化镍层称为对电极层。氧化镍是至今为止应用最为广泛的无机离子储存层，其薄膜制备通常采用磁控溅射沉积技术，或使用金属镍作为靶材于反应性气氛中溅射形成氧化镍薄膜，或采用氧化镍陶瓷靶材在惰性气氛中直接溅射沉积形成氧化镍薄膜，与其他组成部分结合形成所设计的各种电致变色器件。但是，上述制备方法获得的氧化镍薄膜存在以下问题：1)直接沉积得到的薄膜电致变色性能较差，需经过加热或后退火处理，光学调节率低，工艺复杂；2)氧化镍薄膜的褪色状态的可见光透过率较低；3)氧化镍的离子容纳量较低，等等。综上所述，氧化镍薄膜循环时存在自放电现象，伴随着氧化物相的溶解，因此包含氧化镍层的电致变色器件耐久性差，寿命不理想。例如，专利1(中国公开号CN101365982A)公开了一种制备含锂镍氧化物的电极的方法，通过任一种常规的方法沉积锂镍氧化物薄膜，然后对其交替施加氧化电压和还原电压进行电化学方法处理，并在此基础之上制备成电致变色装置。专利2(中国公开号CN105324706A)公开了一种阳极电致变色材料，其包含锂、镍和选自铌和钽的第五族金属，以及在此基础之上制备的电致变色器件。上述方法所制备出的镍酸锂薄膜均未能制备出锂梯度分布的镍酸锂薄膜，且工艺复杂，效率一般，不利于镍酸锂离子储存层的实际应用。

发明内容