[发明专利]一种全固态电致变色器件及其制作方法

说明书

本发明涉及一种全固态电致变色器件及其制作方法，更具体的涉及阴极电致变色层的制作方法。本发明先在阴极电致变色材料上增设一层含锂氧化物膜层或含锂金属膜层，然后对整个薄膜叠层进行退火处理。本发明的阴极电致变色层具有着色/褪色时间短、着色状态透射率低的特点；本发明还涉及将所述的阴极电致变色层应用于全固态电致变色器件，其膜层结构依次为衬底、第一导电层、阴极电致变色材料层、含锂层、电解质层、离子存储层、阳极电致变色层和第二导电层。本发明的全固态电致变色器件具有变色响应时间短、变色能力强且变色性能稳定的优点。

技术领域

本发明涉及电致变色器件的技术领域，尤其涉及一种全固态电致变色器件及其制作方法。

背景技术

电致变色是指在外加电场作用下，材料发生了氧化还原反应或者分子结构内部发生了电荷(电子或者离子)注入或抽出的变化，从而引起材料的光学性能比如透射率、吸收率和反射率等在可见光、红外光或紫外光等区域内发生了可逆的变化。该技术在建筑玻璃、车用智能变色窗、飞机舷窗、变色太阳眼镜、汽车防弦目后视镜、信息显示及军事技术等领域具有非常重要的应用价值。

典型的全固态电致变色器件组成包括：(1)衬底，是电致变色器件的最外层，作用是支撑和保护器件内部各层不受外部环境的影响，一般为透明状的柔性基底或普通玻璃；(2)导电层，作为电致变色器件的电极材料与外加驱动电场的连接；(3)电致变色层，又称工作电极，负责电致变色过程的开展；(4)离子储存层，又称对电极，用于辅助电致变色层的得失电子过程，起到平衡电荷的作用，也可将具有较强离子存储能力的电致变色材料作为离子存储层，从而加强光谱的调制深度、提高器件的着色效率或丰富器件的色彩；(5)电解质层，在电致变色层和离子存储层之间起到传输离子(如H+、Li+、 Na+)且阻隔电子的作用。

电致变色层作为全固态电致变色器件的关键单元，对整个全固态电致变色器件的性能有着决定性的影响，是整个全固态电致变色器件的核心。电致变色层分为阳极电致变色层和阴极电致变色层，阳极电致变色层在正离子离去后光学吸收率增加；阴极变色层在正离子插入后光学吸收率降低。阳极电致变色层组成一般为氧化镍、氧化铱、二氧化钴或二氧化锰；阴极变色层组成一般为三氧化钨、五氧化二钼、五氧化二钒、二氧化钛或五氧化二铌。

其中阴极电致变色层，尤其是三氧化钨，由于优异的变色性能，受到了人们的广泛关注。阴极电致变色层一般需要以下几种性能：(1)膜层本身光学性能好，无阳离子插入状态下，阴极电致变色层的透射率不低于65％；(2)膜层变色能力强，阳离子插入后，阴极电致变色层的透射率不高于25％；(3)膜层变色速率快，阳离子插入后透射率能迅速降低，颜色变深，阳离子离去后膜层能迅速褪色恢复透明；(4)具有足够的物理和化学稳定性，在整个工作过程中不与其它功能层或者外部环境发生副反应；(5)电化学稳定性好，确保电致变色装置能在外加驱动电场下稳定工作；(6)具有较高的机械强度，成膜性和粘附性好，确保电致变色器件易加工、不易脱落、耐冲击、寿命长；(7) 制造成本低廉，适于市场开发；(8)安全无毒。由于优异的变色性能，氧化钨一直作为现有阴极电致变色层材料的最佳选择。

全固态电致变色器件的阴极电致变色层，特别是具有优异变色性能的氧化钨，一直受到人们的广泛关注与研究，但也存在着变色速率慢，离子插入前后透射率变化不高等缺点。如专利US9581875中，离子插入前后透射率变化在45％左右；文献(Wu Zhonghou,Diao Xungang,Dong Guobo.Preparation and properties of all-solid-stateinorganic thinfilm glass/ITO/WO₃/LiNbO₃/NiOx/ITO electrochromic device.*Proc.of SPIE Vol.9796979612-1) 中全固态电致变色器件的着色过程与褪色过程需要数十秒。因此，对电致变色层做一些优化处理，如加强变色深度和提升变色速率，可显著提升全固态电致变色器件的性能。

发明内容

鉴于以上现有技术的不足之处，本发明提供了一种全固态电致变色器件及其制作方法。