[发明专利]颜色变化程度最小的N型离子存储层，使用其的电致变色器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于电致变色器件(ECD)的离子存储层，在ECD器件运行期间颜色变化程度最小(MCC)。在一些实施例中，离子存储层由与p型电致变色(EC)层互补的n型金属氧化物材料组成，EC层例如由p型EC聚合物制成的EC层。在一些实施例中，离子存储层可以通过以下方式被调整为MCC，通过调整离子存储层使其总电荷密度高于相应EC层的总电荷密度，和/或调整离子存储层使其着色效率低于相应EC层的着色效率。本发明公开了用于制备离子存储层的方法，包括用于制备具有低着色效率的高度结构化的金属氧化物的方法。本发明还公开了包含MCC离子存储层的ECD器件。

相关申请的参考

本申请要求2018年9月6日提出的美国临时申请序列号62/728,012，题为“低温溶液法制备的金属氧化物薄膜作为电致变色器件的具有最低限度颜色改变的对电极”，以及2019年7月12日提出的美国临时申请序列号62/873,583，题为“无机金属氧化物薄膜作为电致变色器件的对电极”的优先权。上述临时申请的全部内容，在这里全部加以引用。

技术领域

本申请涉及电致变色领域，尤其是涉及一种具有颜色变化程度最小的N型离子存储层，使用其的电致变色器件及其制备方法。

背景技术

电致变色器件(ECD)已经被应用于各种实际产品中，例如建筑智能窗户，自动调光后视镜以及电致变色光圈等。一般地，ECD为五层结构，包括电致变色(EC)层，离子存储(或对电极(CE))层，设置于EC层和CE层之间的电解质层，一对透明导电层，每层透明导电层分别与EC层和CE层中的一层进行电连接。

应用于ECD的可溶液加工的p型可掺杂阴极着色电致变色聚合物(ECP)，该聚合物在电中性状态着色，在p型掺杂状态透射(漂白)，其色轮不断扩展。由于大量的p型ECP具有例如光学对比度高、响应时间快速、长期光学稳定性等理想属性，以及最重要的有利于提高产能以及提高制造经济性的可溶液加工特性，因此人们认为p型ECP距日常产品应用仅一步之遥。但是，由于目前缺乏可以被用低成本并高产出的制备方法制得的CE层，这阻碍了利用不断发展的p型ECP进行器件开发的研究进展。

根据对电极材料的电致变色行为，可以将其分为三类：互补型，非变色型和最小变色型(MCC)CE材料。互补型CE材料的着色效率通常与ECD的电致变色层使用的电致变色材料的着色效率相当，它们在ECD的使用期间均具有明显的颜色变化。由于CE和电致变色材料在漂白态下的残留色的加成作用，使用互补型CE材料的电致变色器件通常具有较低光学对比度。非变色型CE材料是光学无源的。

目前，研究最广泛的CE材料是p型自由基聚合物，当它们与p型可掺杂ECP配合时，需要进行氧化预处理。作为非变色材料，p型自由基聚合物不会变色。因此它们似乎是与高着色效率的p型ECP相配合的良好可选材料。

研究人员已经开发出N-烷基取代的聚(3,4-丙烯二氧基吡咯)(PProDOP)作为MCCCE材料。N-C18取代的PProDOP(555nm波长处的着色效率低至35cm² C^-1)被提议作为可溶液加工的MCC CE材料，与ECP-洋红色(p型)EC材料(555nm波长处的着色效率约为633cm² C^-1)配对。但是，PProDOP也是p型材料。将PProDOP用作CE，与p型阴极着色ECP配对时，必须先经过电化学或化学预氧化处理。在制备适于与p型EC层配合使用的CE层时，从可制造性和生产成本的观点来看，该预氧化的附加步骤是不利的。

发明内容